图像条纹检测 python_【连载4.5】特征检测技术研究面向强反射表面的多传感器三维检测技术研究...

本章大纲4 光条纹中心提取技术研究4.1 结构光条纹特征4.2 常用的像素级别特征提取方法4.2.1 灰度重心法4.2.2 极值法4.2.3 方向模板法4.2.4 阈值法4.2.5 几何中心法4.3 常用的亚像素级别特征提取方法4.3.1 曲线拟合法4.3.2 Hessian 矩阵亚像素中心提取法4.4 基于方向图的光条纹亚像素中心提取4.4.1 光条纹中心初值提取4.4.2 光条纹法...

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本章大纲

4 光条纹中心提取技术研究

4.1 结构光条纹特征

4.2 常用的像素级别特征提取方法

4.2.1 灰度重心法4.2.2 极值法4.2.3 方向模板法4.2.4 阈值法4.2.5 几何中心法

4.3 常用的亚像素级别特征提取方法

4.3.1 曲线拟合法4.3.2 Hessian 矩阵亚像素中心提取法

4.4 基于方向图的光条纹亚像素中心提取

4.4.1 光条纹中心初值提取4.4.2 光条纹法向计算4.4.3 光条纹亚像素级别中心提取4.4.4 实验结果与分析

4.5 特征检测技术研究

4.5.1 背景介绍4.5.2 常见特征及其检测方法介绍4.5.3 实验结果与分析

4.6 本章小结

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4.5 特征检测技术研究

4.5.1 背景介绍

多传感器三维检测系统在检测过程中会遇到不同类型的被测特征，不同的被测特征所需要求取的参数不同。针对不同的检测特征，提出不同的检测方案是十分必要的。本节主要介绍了三维检测过程中的常见特征，并且介绍了各个特征的检测方法。

4.5.2 常见特征及其检测方法介绍

在三维检测过程中，不同的被测物会表现出不同的检测特征，本节主要对常见的几类特征：直线特征、台阶特征、缝隙特征、凹坑特征、圆形特征进行介绍，并根据各个特征的特性提出合适的检测方案。4.5.2.1 直线特征直线特征常用于被测物边长的检测。光条纹投射到被测物表面检测边长的图像如图 4.11( b)所示。当光条纹垂直投射时，此时光条纹的长度即为被测物的边长，即 AB 的长度。当光条纹不垂直于被测物边缘时，此时光条纹的长度不等于被测物边长，如图 4.11( c)所示。当光条纹倾斜时，可采用双条纹检测边长，如图 4.11( d)所示，此时分别拟合 AA' 和 BB' 直线，计算两条直线之间的距离作为边长长度。

图 4. 11 直线特征检测图 4.5.2.2 台阶特征台阶特征是特征检测中常见的特征之一。光条纹垂直投射到台阶特征，台阶图像如图 4.11 ( b)所示。台阶特征检测的方法为：首先拟合台阶起始点 A' 和结尾点 B' 为直线，计算台阶条纹上点到直线 L 的距离，距离最大的点即为台阶拐点 A 、 B ；然后拟合直线 AA' 和 BB' ，计算拐点 A 到直线 BB' 的距离以及点 B 到点 AA' 的距离；最后计算两个距离的平均值作为台阶高度。

图 4. 12 台阶特征检测图4.5.2.3 缝隙特征

缝隙特征和台阶特征一样，也是常见的特征之一。缝隙特征检测的常见图像如图 4.13( b)所示，通过求取三维点 A 和 B 之间的距离作为缝隙的长度。对于存在高度差的缝隙特征，如图4.13( c) 所示，计算三维点 A 和 B 之间的水平距离为缝隙间距，计算点 A 到直线 L2 的距离和 B到直线 L1 的距离的平均值作为缝隙的高度。

图 4. 13 缝隙特征检测图

4.5.2.4 凹坑特征

物体在使用、搬用过程中表面可能会产生损坏的情况，物体表面的凹坑是常见损坏的一种。光条纹投射到凹坑的图像如图 4.14( b)所示。计算圆弧上点到凹坑边缘线的距离，求取距离的最大值作为凹坑的深度。单线条纹无法确定凹坑最深距离，可采用双线光条纹或者十字光条纹进行投射，通过重建双线光条纹或者十字光条纹计算凹坑最深距离。

图 4. 14 凹坑特征检测图

4.5.2.5 圆形特征圆形特征的检测一般为计算圆的直径信息。圆形特征的图像如图 4.15( b)所示。单条光条纹投射到圆形特征时图像如图 4.15( c)所示，由于单条纹不能保证条纹通过圆点，因此单条光条纹检测圆形特征很难实现。通过投射两条光条纹，拟合四个三维点 A 、 B 、 A' 、 B' ，求取圆形直径信息。

图 4. 15 圆形特征检测图

4.5.3 实验结果与分析

本节主要对台阶特征和缝隙特征进行检测，特征检测的图像及结果如表 4.2、表 4.3 所示。

表 4. 2 5mm 台阶检测(单位mm)

本章小结

本章主要完成对光条纹中心的提取及常见特征分析工作。首先，通过介绍光条纹的光学特征引入常用的像素级别以及亚像素级别的条纹中心提取方法；然后对常用方法的基本原理进行介绍并说明各类方法可能存在的问题或局限性；再然后提出本文的像素、亚像素级别中心提取方法。采用基于全局的中心提取方法对光条进行像素级别提取，通过对方向图的介绍对亚像素提取中光条纹方向进行计算，最终计算出光条纹亚像素中心点坐标；最后通过对常见特征进行分析，设计合适的检测方案，并对台阶、缝隙特征进行特征检测。

论文大纲

研究生姓名
学科、专业
研究方向
指导教师

张磊
机械电子工程
机电控制及自动化
程筱胜教授

在学期间的研究成果及发表的学术论文
攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况
1、张磊,程筱胜,崔海华,戴宁,裴旭.面向高光金属表面的激光三维检测算法[J].光电技术应
用,2013,28(6):44-48.
攻读硕士学位期间参加科研项目情况
1、江苏省数字化制造重点实验室开放课题基金
项目名称：面向强反射表面的多传感器三维检测技术研究
时间：2011年9月-2013年12月

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