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《测头成像视觉坐标测量系统中特征点成像中心获取》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第6卷第5期光学精密工程Vol.6,No.51998年10月OPTICSANDPRECISIONENGINEERINGOctober,1998测头成像视觉坐标测量系统中特征点成像中心获取张之江车仁生黄庆成林伟国(哈尔滨工业大学精密仪器系哈尔滨150001)摘要介绍了测头成像视觉坐标测量系统中多特征点的图像获取及其多目标分割,提出了利用双线性插值的质心算法来获得特征点成像中心的位置,并从误差分析角度证明了通过插值增加特征点图像采样点数可以提高质心算法精度。通过试验验证了所提算法的正确性和可行性。关键词视觉坐标测量
2、质心算法双线性插值1引言视觉坐标测量是近年来形成的新测量技术,其实质是模仿人眼视觉系统,将被测物成像,通过从图像中提取有用信息来达到测量的目的。因此当视觉坐标测量系统组成以后,对图像的处理和分析就成了系统能否进行准确测量的关键。本文所提及的测头成像视觉坐标测量系统是通过对圆形高亮点(特征点)的成像来实现对[1]被测目标的测量。因此测量系统中所需解决的主要问题之一就是确定特征点的成像中心。对[2,5]于特征点成像中心的确定,方法一是通过检测特征点成像边缘,然后进行拟合并计算出其成像中心。这一方法的精度主要取决于特
3、征点边缘的提取,其不足在于只利用了特征点的成像边缘点,而忽略了整个特征点成像面上的其它点的作用,因此其计算精度不是很高。笔者前期的实验和计算验证了该方法对特征点成像中心的检测精度不能满足本测量系统的要求。方法二是利用质心算法计算成像中心,对于本系统圆形特征点,其检测精度高于前者。为了进一步提高质心算法的精度,为此本文提出了利用双线性插值的质心算法。2特征点图像获取及多特征点目标分割为了进行特征点图像质心计算,首先要实现特征点与背景分离和多个特征点之间的分割。收稿日期:1998-06-095期张之江等:测头成像视
4、觉坐标测量系统中特征点成像中心获取13设原始离散图像为{f(i,j)},其直方图如图1,若灰度级未充分利用,即未用到满灰度级(256级),如图1中曲线I,则需进行直方图调整。调整[6]后图像为(如图1中曲线Ⅱ):f′(i,j)=A+Bf(i,j)Fig.1Histogramofimagef(i,j)其中A、B为调整常数。由于系统中特征点为圆形高亮点,且背景灰度均匀,因此图像f(i,j)直方图为标准双峰图(见图1),适当选取背景峰和特征点峰之间谷值为阈值,便可实现特征点从整幅图像中的提取。[7,8]多目标分割和识
5、别是视觉测量中的重要问题之一。在测头成像视觉坐标测量系统中,特征点的形状及数量都固定不变,根据这一特点,本文在视觉模型相关神经激活理论设计振子[9]神经网方法基础上,将其分割过程简化,即采用某一特征点上某一像素(基神经元),在某一固定范围内激活该特征点上的其它像素(振子神经元)的方法,实现了多特征点的准确分割。3特征点图像双线性插值质心算法3.1质心坐标[10]质心坐标计算公式如下:n∑xip(xi,yi)-i=1x=n(1)∑p(xi,yi)i=1n∑yip(xi,yi)-i=1y=n(2)∑p(xi,yi)
6、i=1--其中:x,y为质心坐标;n为图像占据的像素个数,且n≥2;(xi,yi)为第i个像素的坐标;p(xi,yi)为第i个像素的灰度值。质心算法特别适用于对称图像的中心计算,算法的优点在于充分Fig.2Characteristicpointgraydistribution利用了对称图像中的每一点的灰度14光学精密工程6卷值,因此具有较高的质心坐标计算精度。在测头成像视觉坐标的测量系统中,特征点的成像灰度值为一“屋顶”状,为阶跃边缘(如图2)。在实际选取阈值截取时,必须会将阶跃边缘上非均匀分布点截取,这就会对
7、质心坐标计算产生一定的影响,为进一步提高质心坐标计算的精度和稳定性,在此提出了利用插值增加计算点提高质心坐标计算精度和稳定性的方法。3.2采样点数对质心算法精度的影响首先讨论(1)、(2)式中n值的变化对计算精度的影响。对(1)式微分得:nn-ffdx=∑p(xp(xi,yi)+∑xii=1i,yi)i=1xi经计算化简得:nn-dx=∑Ap(xi,yi)+∑Bxi(3)i=1i=1其中:nnxi∑p(xi,yi)-∑xjp(xj,yj)j=1j=1A=n2[∑p(xj,yj)]j=1p(xi,
8、yi)B=n∑p(xj,yj)j=1式(3)中:设p(xi,yi)及xi为p(xi,yi)及xi的标准差。根据特征点成像的实际情况,大多数像素的灰度值为同一值,极少数灰度值略小于这一值,因此可设:p(x1,y1)=p(x2,y2)=⋯⋯=p(xn,yn)=p并取:p=p(x1,y1)=p(x2,y2)=⋯⋯=p(xn,yn)x=x1=x2=⋯⋯=xn-则由式(3)x
