噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法
2023-06-14 03:08:06
專利名稱：噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法
技術領域：
本發明涉及機器視覺在線檢測技術領域，特別是一種工業環境下雷射束中心高精度檢測方法。
背景技術：
機器視覺技術具有非接觸性、連續性、經濟性、靈活性和集成性等優點，在工業測試與在線檢測領域具有廣泛的應用前景。在基於機器視覺原理的雷射基準工業檢測中，通過機器視覺方法穩定準確的求取雷射束中心是其中一個關鍵步驟。傳統的雷射束中心定位方法主要有模版法、矩估計法、重心法、Hough變換法以及曲線擬合法等，這些算法都有各自的使用局限。其中，模版法和矩估計法存在計算量大，速度慢的缺點；重心法要求光斑圖像分布比較均勻，否則會產生較大誤差；HoUgh變換法需要逐點投票、記錄，所用時間較多，而且精度也不夠高；曲線擬合法雖然可以達到亞像素精度， 但它抗幹擾性能差，易受幹擾點或噪聲的影響。針對傳統方法的問題，國內外諸多單位進行了深入研究，做出了相應改進，出現了許多改進的雷射束中心定位方法，這些方法均在一定程度上提高了中心定位檢測的性能。 但是，在工業現場中，環境背景複雜，且存在噪聲、灰塵等幹擾因素，另外，在線檢測還要求算法具有高的實時性和可靠性，這些改進的中心定位方法也都還不能滿足工業在線檢測的要求。尋求高魯棒性、實時性和廣泛適用性的雷射束中心定位算法已成為的迫切要求解決的問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法，在雷射束質量下降、檢測裝置密封性出現問題的情況下，有效地完成雷射束中心高精度檢測，降低對雷射發射器以及檢測裝置質量的要求，節約成本，擴大雷射束中心檢測方法的適用範圍，提高檢測方法的實時性和魯棒性。為解決上述技術問題，本發明所米用的技術方案是一種噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法，該方法包括以下步驟(I)讀取工業相機採集到的光斑圖像；(2)圖像預處理採用高斯函數對光斑圖像進行平滑濾波，部分去除圖像噪聲；對圖像進行直方圖均衡化處理，提高圖像對比度；(3)光斑輪廓檢測採用Canny邊緣檢測得到邊緣二值圖像，對二值圖像進行邊緣篩選，判斷檢測到的邊緣是否符合光輪廓斑特徵，剔除不符合光斑輪廓特徵的邊緣；(4)中心坐標定位採用Hough圓變換得到初略的光斑中心和半徑,依據其結果定位光斑區域，在光斑區域內採用最小二乘法橢圓擬合實現中心坐標亞像素級精確定位。圖像預處理中，針對工業現場噪聲的幹擾，採用高斯函數對圖像進行平滑濾波，部分去除圖像噪聲；針對在線檢測系統長時間工作可能出現的圖像對比度下降，通過圖像的直方圖均衡化來提高圖像對比度。光斑輪廓檢測中，為了抑制光斑內部紋理以及環境中灰塵和鋸屑對檢測精度的影響，先通過Canny邊緣檢測得到邊緣二值圖像，再剔除不符合光斑輪廓特徵的邊緣，剔除原理為，對每一個輪廓進行長度判斷，若其與理想光斑周長相近，則保留，否則剔除。設理想的光斑半徑為R像素，邊緣包含的像素點數為S,保留邊緣的判斷條件為2X 31 XRXZ1 ^ S ^ 2X π XRXZ2Z1和Z2分別為最大值和最小值約束係數，O. 35 ^ Z1 ^ O. 7，I. 2彡Z2彡I. 5。所述中心坐標定位步驟中，為了排除長期使用難免會造成檢測裝置封裝不嚴，產生漏光或漫反射對檢測精度的影響，採用先定位光斑區域，再進行精確定位的方法完成檢測，先依據抗幹擾能力很強的Hough圓變換計算結果確定光斑所在區域，在區域內通過最小二乘法橢圓擬合實現雷射束中心精確定位。為了提高檢測的實時性，在使用Hough變換計算光斑粗略位置時，加大參數空間步長取值；另外，依據理想狀態下雷射光斑大小限制半徑參數的取值範圍，設理想的光斑半徑為R像素，Hough變換圓心半徑參數D取值範圍限定為RXt1 ^ D ^ RXt2上式中，tl和t2分別為最小和最大半徑估值係數，O. 6 ≤t1 ≤O. 9,11 ^t2 ^ I. 4ο 依據Hough圓變換計算結果確定的光斑區域為正方型區域，參見附圖
2，確定的方法為設依據Hough變換得到光斑中心坐標為( , k)，半徑為IV並設置一個餘量常數W， 3 ^ W ^ 15,則光斑所在區域四個頂點A、B、C、D坐標分別定為^acTrci-W, b0+r0+w)、 B (a0+r0+w, b0+r0+w)、C (a0+r0+w, b0-r0-w)、D (a0-r0-w), b0-r0-w)。考慮到雷射光斑遠場分布呈橢圓型，最後，在光斑區域內通過最小二乘法橢圓擬合實現雷射束中心亞像素精確定位。在平面坐標系中，橢圓可用如下方程表示Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F = O應用上述方程對光斑區域內邊緣檢測後的離散點進行最小二乘處理，可得目標函數
權利要求
1.一種噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)讀取工業相機採集到的光斑圖像；(2)圖像預處理採用高斯函數對光斑圖像進行平滑濾波，部分去除圖像噪聲；對圖像進行直方圖均衡化處理，提高圖像對比度；(3)光斑輪廓檢測採用Canny邊緣檢測得到邊緣二值圖像，對二值圖像進行邊緣篩選，判斷檢測到的邊緣是否符合光輪廓斑特徵，剔除不符合光斑輪廓特徵的邊緣；(4)中心坐標定位採用Hough圓變換得到初略的光斑中心和半徑,依據其結果定位光斑區域，在光斑區域內採用最小二乘法橢圓擬合實現中心坐標亞像素級精確定位。
2.根據權利要求I所述的噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，邊緣篩選的過程為對每一個輪廓進行長度判斷，若其與理想光斑周長相近，則保留，否則剔除，保留邊緣的判斷條件為2X 31 XRXZ1彡S彡2X XRXZ2，其中R 為理想光斑半徑的像素點數，S為邊緣包含的像素點數，Z1和Z2分別為最大值和最小值約束係數，O. 35 ^ Z1 ^ O. 7,1. 2 ^ Z2 ^ I. 5。
3.根據權利要求I所述的噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法，其特徵在於，所述Hough圓變換的圓心半徑參數D取值範圍為=RXt1 < D < RXt2，其中R為理想光斑半徑的像素點數，h和t2分別為最小和最大半徑估值係數，O. 6彡h彡O. 9，11彡t2彡I. 4。
4.根據權利要求I所述的噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法，其特徵在於， 所述步驟(4)中，所述光斑區域為正方形區域，採用Hough圓變換定位光斑區域的方法為設依據Hough圓變換得到光斑中心坐標為( , k)，半徑為IV並設置一個餘量常數W， 3 ^ W ^ 15,則光斑所在區域四個頂點A、B、C、D的坐標分別定為^acTrci-W, b0+r0+w)、 B (a0+r0+w, b0+r0+w)、C (a0+r0+w, b0-r0-w)、D (a0-r0-w), b0-r0-w)。
全文摘要
本發明公開了一種噪聲環境下雷射束中心高效精確檢測方法，屬於機器視覺在線檢測技術領域，該方法為採用高斯函數對雷射束圖像進行平滑濾波，部分去除圖像噪聲；對圖像進行直方圖均衡化處理，提高圖像對比度；通過邊緣檢測實現圖像二值化；判斷檢測到的邊緣是否符合光輪廓斑特徵，剔除不符合的邊緣；通過Hough圓變換確定光斑區域；在光斑區域內通過最小二乘法橢圓擬合得到亞像素精度的雷射束中心坐標，該方法可在較強幹擾下實現雷射束中心高效精確定位，魯棒性好，適應性強。
文檔編號G01B11/24GK102589435SQ201210052980
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者全凌雲, 文躍兵, 王憲, 譚建平 申請人:中南大學