基于共轭梯度算法的冷轧板表面反射模型建模与优化.pdf

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1、第9期机械设计与制造2012年9月MachineryDesign&Manufacture45文章编号：1001—3997(2012)09—0045—03基于共轭梯度算法的冷轧板表面反射模型建模与优化木刘彩章孔建益彭炜z王兴东t刘源洞(’武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，武汉430081)(。武汉钢铁股份有限公司冷轧总厂，武汉430083)SurfaceLightScatteringModelOptimizationOfColdRolledSteelBasedonConjugateGradientAlgorithmLIUCai-

2、zhang1,KONGJian-yi，PENGWei2,WANGXing—dong．LIUYuan-jiong(MoEKeyLaboratoryofMetallurgicalEquipmentandTheirControl，WuhanUniversitvofScienceandTechnology，Wuhan430081，China)(WuhanIronandSteelCo．，Ltd．，ColdRollingMill，Wuhan430083，China)【摘要】双向反射分布函数(BRDF)用于描述物体表面的光反射分布规律，从该函数的定义出

3、发，简化了函数的分析模型，通过实验获取了冷轧板表面光散射的空间分布曲线，并基于BRDF经验模型的思想提出一个具有四参数的表面BRDF修正数学模型；进一步针对实验数据，基于共轭梯度优化算法对模型中各参数进行拟合，得到一个可以模拟大角度范围入射情况的冷轧板表面的光散射模型。实验结果表明该模型准确度较高，为进一步设计表面成像系统以及构建冷轧板表面光散射虚拟模型提供理论依据。关键词：BRDF模型；冷轧板；光散射模型；共轭梯度法【Abstract】TheSUlft2cescatteringpropertiescanbedescribedwellby

4、bidirectionalreflectancedistri—butionfunction(BRDF)．Itstartswiththedefinitionofthisfunction,simplifyingtheanalysismode1．Thedis-tributioncurveofthesurfacescatteringofcoldsteelisobtainedbyexperiment．Thenamodifiedmodelwithfourparametersonthebaseofempiricalmodelisproposed．The

5、parametersareoptimizedbyconjugateQ·dientmethod．AndtheresultshowsthatthisoptimizationmodelisaccurateanditcansimulatetheSuFfacescatteringofcoldsteelinawiderangeofange．ThisprovidesthetheoreticalbasisforrtherdesigningthesuFfoceimagingsystemandbuildingthevirtualsu~ocescatterin

6、gmodelofcoldsteelKeyWords：BRDFModel；ColdRolledSteel；ScatteringModel；ConjugateGradientMethod中图分类号：TH16文献标识码：A1引言体表面的光学陛质密切相关，因此使用已有的经验模型模拟冷轧板表面光散射特征的精度有待进一步提高。针对冷轧板表面光散双向反射分布函数(BRDF)能准确描述物体表面半球空间射特性，提出了一个能准确描述冷轧板表面光散射分布规律的内人射光线与反射光线的关系，在计算机图形学及机器视觉中应BRDF模型。用广泛『】-21。在基于机器视觉

7、的冷轧板表面检测系统中，建立准确的冷轧板表面光散射模型，是正确设计和优化成像系统的理论依2冷轧板表面散射特征测量实验及结果据，对提高整个系统缺陷识别率有非常重要的意义。2．1实验目的及原理目前提出的BRDF模型很多，通常把这些模型按导出基础冷轧板表面光散射具有高反射比和强吸收等特性，为了研不同分为经验模型、几何光学模型、理论模型等。其中，经验模究冷轧板表面光散射特性，首先需要获取描述冷轧板表面光散射型由于具有形象、直观、公式简单等优点，所以被广泛使用。最早特性的BRDF模型。通过测量冷轧板表面入射光与反射光的光学提出的Lambert模型可

8、以模拟理想漫射表面的反射情况，但是现参量可以获取离散的表面光散射特性曲线，进而可以得到具有统实中很少有理想的漫射表面。Phong模型[51，该模型在Lambert模计意义的冷轧板表面BRDF模