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1、X图像分割技术在多光刀三维测量系统中的应用ApplicationofImageSegmentationonMulti-light-knife3DMeasurementSystem杨景华蒋庄德李兵隋连升(西安交通大学精密工程研究所)摘要:在多光刀准全场三维轮廓测量系统中,从受噪声影响的多光刀图像中准确提取出光刀中心是提高测量精度的关键。由于采用重心法进行光刀中心提取容易受到噪声的影响,提出先使用基于过渡区的阈值分割得到光刀图像的粗边缘,然后利用细化技术和去噪处理得到准确的光刀边缘,最后用重心法计算光刀中心。实验证明该方法抗干扰性能较好,提取出的光刀中心精度可以
2、达到亚像素级。关键词:多光刀图像分割阈值逆向工程是利用现在的工件构造它的CAD模型,其中,O点是光刀BA的中心照射到基准面上的再进行修改和加工的产品设计过程。它广泛应用于新位置,O点距摄像机成像透镜的距离为S,成像距离为零件的设计、已有零件的复原和修复等领域。对工件S′,A点是光刀中心照射到被测件上的位置,A点在进行三维表面形貌测量是逆向工程中的一个重要组成CCD上的成像点为A′,O′A′=L′,如图2所示为用本部分。系统测量鼠标所得的图像。多线结构光准全场测量技术是一种非接触式的测量方法,它在单线结构光三维轮廓测量的基础上发展起来,具有测量速度快、效率高等
3、优点。在这种测量技术中,从受噪声影响的多光刀投影图像中提取出光刀中心是提高测量精度的关键。常用的光刀中心的提取[1]方法有极值法、中心法和重心法等。本文首先介绍了该系统的测量原理,然后提出采用基于过渡区的阈值分割技术和细化方法精确确定出多光刀的边缘,进而采用重心法提取多光刀中心。采用此方法可以使光刀中心精度达到亚像素级,从而提高了测量系统精度。1多光刀准全场测量系统111多光刀准全场测量原理多光刀投影法是一种新的有效测量三维物体轮廓[2]的全场测量方法,采用的是三角法测量原理,如图1所示。首先,多光刀发生器产生多个线型光束(即光刀)投射到被测物体表面,由于物
4、体表面的高度变化形成多条变形条纹,然后用CCD相机获取变形条纹图像(即多光刀图像),输入计算机并进行处理,得到被测件的高度。以光刀BA为例,根据三角几何关系以及成像关系,物体上A点高度计算公式为由公式(1)可知,如果入射光刀、CCD、基准参考平H=S(1)面M固定,决定被测件高度的主要参数是L′。当L′(S′/L′)sinα+cosαX国家自然科学基金资助项目(50275120)·46·有微小变化时,高度H将有很大变化,因此正确提取素的灰度值,纵坐标表示该灰度出现的频率(像素的个出光刀中心是提高测量精度的关键。数)。112噪声对光刀中心提取的影响(2)基于过
5、渡区的阈值选取法过渡区可借助图采用重心法提取光刀中心的精度可以达到亚像素像有效平均梯度(effectiveaveragegradient,EAG)计级,因此应用非常广泛。它是在极值法的基础上发展算和图像灰度剪切操作来确定。设像素(i,j)的灰度起来的,所以没有考虑到噪声的影响。在实际测量中,值为f(i,j),L为剪切值,fhigh(i,j)和flow(i,j)为进由于外界环境的干扰及CCD内部产生的热噪声、电噪行高端剪切和低端剪切后的图像。则fhigh(i,j)和声等,使多光刀图像中包括许多噪声。图3是理想的flow(i,j)可表示为[3]光刀截面光强分布图
6、,呈高斯分布。图中C处为光Lf(i,j)ELfhigh(i,j)=(2)强中心。图4为噪声对极值法的影响,光强中心原来f(i,j)f(i,j)Lflow(i,j)=(3)心在C′处。Lf(i,j)FL设g(i,j)表示f(i,j)的梯度值,则g(i,j)可表示为g(i,j)=22(f(i,j)-f(i,j-1))+(f(i,j)-f(i-1,j))(4)定义p(i,j)为1g(i,j)>0本文提出利用阈值来进行图像分割以提取光刀图p(i,j)=(5)0g(i,j)=0像,进而确定光刀
7、的准确边缘,最后采用重心法对已定设TG表示梯度图的总梯度值,TP表示非零梯边缘的光刀图像求取光刀中心的方法。实验证明此方度像素的总数。对剪切后的图像fhigh(i,j)和flow(i,法可以很好地滤除噪声的影响。j)分别求有效平均梯度。图像的有效平均梯度EAG2阈值分割可通过下式计算在进行阈值分割时[4]∑g(i,j),常用的阈值选取方法有:i,j∈ZTGEAG==(6)(1)基于灰度直方图的阈值选取如果图像的灰∑p(i,j)TPi,j∈Z度直方图是双峰直方图,则选择两峰之间的谷值作为此时可得到两个关于剪切值L的有效平均梯度阈值来分割图像。但多光刀图像的灰度
8、直方图不是理函数,分别记为EAGhigh(L)和EA
