结构光光条中心的提取算法

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1、2010年8月沈阳航空工业学院学报Aug．2010第27卷第4期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringV01．27No．4文章编号：1007—1385(2010)04—0067—04结构光光条中心的提取算法赵广杰1傅莉2(1．辽宁广播电视大学，辽宁沈阳110034；2．沈阳航空航天大学自动化学院，辽宁沈阳110136)摘要：在线结构光测量系统中，光条中心的准确提取是影响整个测量系统精度的关键因素之一。由于被测物体表面的性质等系统噪声的影响，

2、使得精确提取光条中心存在一定的难度。采用了抛物线拟合法和基于光条骨架的方向模板法对采集的光条图像进行光条中心提取，实验结果表明当光条图像的曲率较大时，基于光条骨架的方向模板法能够有效、准确的提取光条中心。关键词：结构光；光条中心；方向模板；光条骨架中图分类号：TPl3文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1007—1385．2010．04．016线结构光三维测量具有很多优点，如测量速度快、容易测量表面发生形变的物体，以及能够测量不可接触的物体等。因此，在许多领域得到广泛的应用¨J。在线结构

3、光测量系统中，线激光源将其产生的光平面照射在物体表面上产生线结构光条纹，CCD摄像机等光电传感器从一定的角度摄取被测物体调制后的激光条纹信息，根据光学三角测量原理，利用图像中条纹中心的偏移量进行物体截面轮廓的计算口。3】。因此，在线结构光测量系统中，如何获取线结构光光条中心的高精度图像坐标是整个线结构光三维测量系统中的关键问题。为了解决线结构光条纹中心定位的问题，国内外学者对此做了大量研究【4曲】。目前的很多算法都是基于边缘法、阈值法(几何中心法)、极值法和重心法等展开的。提取光条中心的边缘法和阈值法算

4、法简单，运行速度快，但精度较低。极大值法原理是获取光强的最大灰度值，如抛物线拟合法(高斯曲线拟合法)H1是将光条灰度最大值附近像素拟合成抛物线，然后对抛物线求极大值点位置作为光条中心，这种算法由于光条灰度分布不均匀和噪声干扰导致光条中心提取精度不高。重心法原理是利用极值法找到光条灰度极大值点，然后左右两侧各取k个点，最后求出这k+1个点的重心作为光条中心，这种方法能够减小收稿日期：2010—05—3l基金项目：辽宁省教育厅科技项目(项目编号：2008547)；校博士启动项目(项目编号：06YBl8)作者

5、简介：赵广杰(1965一)，女。辽宁海城入，剐教授．主要研究方向：机械设计与制造专业。由于光条灰度分布的不对称性引起的误差。由于在测量中被测物体曲面和结构等因素，结构光条纹图像的曲率变化比较大。为了提高光条中心的精度，就需确定结构光光条图像的法线方向。为此，很多学者提出了新的算法，StegerC算法”曲J利用Hessian矩阵的性质来求取光条的法线方向；熊会元【_列等利用Sobel梯度算子里计算光条的法线方向；方向模板法【8。90通过图像与模板做相关运算来得到光条每点的近似法线方。针对具体问题采用了抛物

6、线拟合法和基于光条骨架的方向模板法，并对实验结果做了分析。1基本原理及算法1．1抛物线拟合法线激光源发射的激光平面投射在被测物体表面形成的光条在其宽度方向上光强近似服从高斯分布。基于光条强度的这一特点，可以对光条强度进行基于最小二乘法的二次抛物线拟合H]。基于最小二乘法的二次抛物线拟合数学原理¨刨是：设有一组实验数据(‰，儿)，k=I，2，⋯，m。可由参数口o，a。，口：确定抛物线p(菇)=口o+口l石+a2x2(1)使其满足S(oo，al，口2)--p(x)-Yk=min(2)由一阶必要条件，使．S到

7、达最小值的a。，口，，口：满足一阶必要条件OS／Oat：，=0J=0，1，2(3)从而可以得到沈阳航空工业学院学报第27卷m荟钆∑瓢2‘=1∑札Izl∑≮2^=l∑石：t=l∑YkI≈l八领域如图1所示。先对整个图像逐点作点运算，若该点为背景点数时(即Po=0)，则不作任何动作；若该点为光条上的点时(即Po=1)，则依据L4，算法判断该点是否应删除，其步骤如下：(1)若满足下列条件，则记录下该点：①2≤C(Po)≤6②

8、s(Po)=1由(4)式得到参数a。，口，，o：。然后利用抛物线性质可以求得极大值位

9、置茗～=一al／2a：。抛物线拟合法求光条中心的算法描述：用大津阈值法⋯o获得图像的最佳阈值r。从左到右逐列扫描预处理后的光条图像，找到每一列的灰度最大值。通过最佳阈值丁判断这个最大值是否为光条上的点，如果小于r，则认为是光条图像外一点，继续下一列的扫描；如果大于阈值r，则认为该最大值点是光条上的点，并在该点的上下两侧各取n个像素点(2n+1为光条截面宽度)；并对这2n+1个像素点的灰度值根据最小二乘原理拟合成抛物线；求此抛物线的极大值点即