專利名稱：一種柱狀噴射沉積坯邊緣輪廓圖像修復的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是噴射沉積坯坯尺寸檢測技術，特別是柱狀噴射沉積坯尺寸圖 像處理法實時提取技術，本發(fā)明屬于材料加工過程檢測技術領域。
背景技術：
噴射成形技術是快速凝固技術中的一種，利用這種技術可以直接制備出性能 優(yōu)異的金屬材料坯料或半成品。噴射成形工藝中，沉積坯尺寸精度是表征噴射成形制品質量 的重要指標，因此，沉積坯的尺寸檢測成為噴射成形領域中一個重要的研究方向，精確并實 時地檢測出沉積坯尺寸，也是噴射成形工藝實現(xiàn)自動控制技術的要求。由于該噴射成形技術 涉及到液、氣兩相流動、溫度傳遞、能量傳遞等過程，因此工藝過程十分復雜，即便在沉積 過程，由于具有沉積層呈半固態(tài)、金屬液滴飛濺、沉積坯附近流場分布不均勻等特點，使得 接觸式傳感方法不適合用于沉積坯尺寸的檢測，因此非接觸的圖像傳感方式是實現(xiàn)沉積坯尺 寸檢測的一種較為理想的手段。經檢索發(fā)現(xiàn)專利"噴射沉積坯動態(tài)尺寸的視覺檢測方法及 數(shù)據(jù)采集裝置(專利號ZL2003 10107609.0)中介紹了利用非接觸式的CCD攝像頭采集噴 射沉積坯圖像、然后再利用圖像處理算法進行沉積坯尺寸檢測的方法，該方法中開發(fā)的圖像 處理算法主要針對管狀坯。管狀坯圖像采集所采用的硬件圖像系統(tǒng)對于柱狀坯同樣有效，即 采用非接觸式的CCD攝像頭也能夠采集到柱狀沉積坯圖像，在圖像采集硬件系統(tǒng)上，兩者完 全相同，這一點已為實踐所證明。但在沉積坯尺寸圖像處理算法上，管狀坯尺寸采用的圖像 處理算法并不適用于柱狀坯，這是由于柱狀坯與管狀坯成形過程差異較大的緣故管狀坯成
形僅存在旋轉、平移兩個運動，而柱狀坯成形過程則存在旋轉、平移、下移三個運動，導致
柱狀坯的圖像質量更易被干擾，而采用上述專利(專利號ZL2003 10107609.0)介紹的方法 在柱狀坯檢測中的應用實際表明，僅在完成了平滑、去噪、邊緣檢測時就遇到了問題，發(fā)現(xiàn) 柱狀坯的局部邊緣存在斷續(xù)、缺失等問題，導致后續(xù)的尺寸提取過程難以進行，故管狀坯檢 測的方法并不完全適合柱狀坯，應尋求新的方法，以彌補邊緣出現(xiàn)斷點、缺失的不足。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術不足，在管狀沉積坯尺寸圖像處理技術的基礎上(平滑一
增強一邊緣檢測一尺寸提取)，提出了針對柱狀坯尺寸檢測有效的方法，邵利用圖像處理技術
平滑一增強一邊緣檢測一邊緣修補一尺寸提取，實現(xiàn)柱狀沉積坯尺寸精確、實時地檢測。本
發(fā)明的核心技術是邊緣修補算法，采用計算機圖形學中的Bezier曲線擬合技術能夠完成缺失、 突變的沉積坯邊緣修補。
以下對本發(fā)明核心技術的邊緣修補技術進行說明，其實施方案為第一步，分割圖像中
沉積坯邊緣為4個區(qū)域；第二步，搜索每個區(qū)域內的邊緣點并記錄；第三步，在每個區(qū)域利用Bezier函數(shù)完成沉積坯邊緣修補。
第一步，分割圖像中沉積坯邊緣為4個區(qū)域的具體過程為
(1) 在圖像中通過搜索算法確定能夠表征沉積坯區(qū)域位置的4個特征點的坐標極上點P (xa，y )、極下點P,(Xrf,y》、極左點PKx③)、極右點^(Xr,》)；
(2) 用上述四個特征點將沉積坯邊緣分割上、下、左、右四個邊緣區(qū)域左區(qū)域由極左點、 極上點、極下點所限定，該區(qū)域為四條直線組成的平行四邊形x=x/、 y=y</、 x=xrf、 x=x,+ 20; 右區(qū)域由極右點、極上點、極下點所限定，該區(qū)域為四條直線組成的平行四邊形x=x" y=yrf、 X=&、 x=x,-20;上區(qū)域由極上點、極左點、極右點所限定，該區(qū)域為四條直線組成的平行四 邊形y=yH、 x=x,、 x=xr、 y=》-20;下區(qū)域由極下點、極左點、極右點所限定，該區(qū)域為四 條直線組成的平行四邊形y=》x=X/、 x=x" y=y, + 20;
第二步，搜索每個區(qū)域內的邊緣點并記錄這些邊緣點的具體過程為
(1) 在上區(qū)域，選取平行四邊形的左上點為起始點，沿著自上而下方向搜索，遇到如下兩 種情況a遇到邊緣點，則選取遇到的第一個搜索到的邊緣點坐標(有時可能遇到多個邊緣 點)保存于數(shù)組Uarray[]中；b沒有遇到邊緣點，則本次不做任何記錄；完成一次搜索后， 然后沿x坐標方向在該四邊形的上邊緣向右選取第n個坐標(ne[3-5])，.依前述過程進行下一 個邊緣點的搜索，直至整個上區(qū)域全部搜索完畢，搜索到的邊緣點便全部記錄于數(shù)組Uarmy[] 中。
(2) 在下區(qū)域，選取平行四邊形的左下點為起始點，沿著自下而上方向搜索，遇到如下幾 種情況a遇到邊緣點，則選取遇到的第一個搜索到的邊緣點坐標(有時可能遇到多個邊緣 點)保存于數(shù)組Darray[]中；b沒有遇到邊緣點，則本次不做任何記錄；完成一次搜索后， 然后沿x坐標方向在該四邊形的下邊緣向右選取第n個坐標(ne[3-5])，依前述過程進行下一 個邊緣點的搜索，直至整個上區(qū)域全部搜索完畢，搜索到的邊緣點便全部記錄于數(shù)組Darray[] 中。
。)在左區(qū)域，選取平行四邊形的左上點為起始點，沿著自左而右方向搜索，遇到如下幾 種情況a遇到邊緣點，則選取遇到的第一個搜索到的邊緣點坐標(有時可能遇到多個邊緣 點)保存于數(shù)組Larmy[]中；b沒有遇到邊緣點，則本次不做任何記錄；完成一次搜索后，然 后沿y坐標方向在該四邊形的左邊緣向下選取第n個坐標(ne [3-5])，依前述過程進行下一個 邊緣點的搜索，直至整個上區(qū)域全部搜索完畢，搜索到的邊緣點便全部記錄于數(shù)組Larray[] 中。
(4)在右區(qū)域，選取平行四邊形的右上點為起始點，沿著自右而左方向搜索，遇到如下幾 種情況a遇到邊緣點，則選取遇到的第一個搜索到的邊緣點坐標(有時可能遇到多個邊緣點)保存于數(shù)組Rarray[]中；b沒有遇到邊緣點，則本次不做任何記錄；完成一次搜索后，然 后沿y坐標方向在該四邊形的右邊緣向下選取第n個坐標(nE [3-5])，依前述過程進行下一個 邊緣點的搜索，直至整個上區(qū)域全部搜索完畢，搜索到的邊緣點便全部記錄于數(shù)組Rarray[] 中。
(5)上述過程完成后，將整個圖像中的像素點上為黑色，以擦除圖像中的邊緣點，但每個 區(qū)域搜索到的邊緣點均己存入相應的數(shù)組Uarray[]、 Darray[]、 Larray[]、 Rarray[]中。 第三步，在上、下、左、右四個區(qū)域內利用Bezier函數(shù)完成邊緣修補的過程為
(1) 首先，從記錄上區(qū)域邊緣點的數(shù)組Uarray[]中將記錄的邊緣點分組，每3個點為一組；
(2) 利用每個組的3個邊緣點(po，p,，p2)，繪制二次貝塞爾曲線，其公式為
尸02 = (1 - 戶0 + 2"1 - r)尸! + ^尸2
式中t為
范圍內的參數(shù)，該參數(shù)變化時,則新繪制的邊緣點尸/也隨之生成。
(3) 每組的最末一點作為下一組的第l個點賦值給po，再從Uarray[]取兩個新點作為下一 組后兩個邊緣點賦值給p,，P2;若最后一個分組邊緣點僅剩1個，則將前一組的最后2個邊緣 點作為下一組前兩個邊緣點賦值給po, Pl，同時將Uarray[]中最后一個邊緣點取出賦值給下一
組的P2，重復步驟2;
(4) 若數(shù)組Uarray[]中已沒有剩余的邊緣點，則上區(qū)域邊緣修補過程結束；
(5) 下區(qū)域、左區(qū)域、右區(qū)域修補過程與上區(qū)域邊緣修補過程相同；
將每個區(qū)域中的所有分組的邊緣點都用上述公式繪制后，則獲得了修補的、新的邊緣圖 像，沉積坯的邊緣明顯光滑了許多，并且由于是根據(jù)函數(shù)繪制的曲線，在曲線中也不再會出 現(xiàn)邊緣的缺失。這樣就在很大程度上消除了在自動尺寸搜索過程中產生的不可預知的誤差。
圖l分割圖像中沉積坯邊緣為4個區(qū)域 圖2搜索每個區(qū)域內的邊緣點并記錄 圖3利用Bezier函數(shù)完成上區(qū)域邊緣修補 . 具體實施圖4原始沉積坯圖像
圖5修補前沉積坯邊緣圖像
圖6利用貝賽爾函數(shù)修補后的沉積坯邊緣圖像
權利要求
1. 一種柱狀噴射沉積坯邊緣輪廓圖像修復的方法，它包括第一步，分割圖像中沉積坯邊緣為4個區(qū)域；第二步，搜索每個區(qū)域內的邊緣點并記錄；第三步，在每個區(qū)域利用Bezier函數(shù)完成沉積坯邊緣修補。
2. 它的第一步是分割圖像中沉積坯邊緣為4個區(qū)域的過程(l)為在修補前的沉積坯邊緣圖像中，通過通過搜索算法確定能夠表征沉積坯區(qū)域位置的4個特征點的坐標極上點P (x , y )、極下點P, (xA y,)、極左點P, (X/， y》、極右點Pr (x。 y》(H);用上述四個特征點 將沉積坯邊緣分割上、下、左、右四個邊緣區(qū)域，左區(qū)域的構成為x=x,、 y=yrf、 x=x,、 20(1-2);右區(qū)域的構成為x=xr、 y=y,、 x=x,、 x=xr-20 (1-3);上區(qū)域的構成為y=y 、 x=X/、 x=^、 y=yr-20(1-4);下區(qū)域的構成為y=yrf、 x二x,、 x=xr、 y=yr + 20(1-5);這樣，沉積坯圖 像被分割為上、下、左、右四個邊緣區(qū)域。
3. 它的第二步是搜索每個區(qū)域內的邊緣點并記錄這些邊緣點的具體過程為(2):在上區(qū)域，選取上區(qū)域的左上點為起始點(2-1)，沿著y軸方向向下搜索(2-2)，判斷是否遇到邊緣點(2-3)，是，則選取遇到的第一個搜索到的邊緣點坐標(有時可能遇到多個邊緣點)保存于數(shù)組Uarray[]中(2-4);否，則本次不做任何記錄；然后起始點沿x軸方向向右移動n個坐標(ne[3-5]) (2-5);并判斷起始點是否超出了上區(qū)域界限(2-6)，否，則返回重新沿著y軸方向向下搜索(2-2)，是，則進入下區(qū)域邊緣點搜索操作。在下區(qū)域，選取下區(qū)域的左下點為起始點(2-7)，沿著y軸方向向上搜索(2-8)，判斷是否遇到邊緣點(2-9)，是，則選取遇到的第一個搜索到的邊緣點坐標(有時可能遇到多個邊緣點)保存于數(shù)組Darray[]中(2-10);否，則本次不做任何記錄；然后起始點沿x軸方向向右移動n個坐標(ne[3-5]) (2-11);并判斷起始點是否超出了下區(qū)域界限(2-12)，否，則返回重新沿著y軸方向向上搜索(2-8)，是，則進入左區(qū)域邊緣點搜索操作。在左域，選取左區(qū)域的左上點為起始點(2-13)，沿著x軸方向向右搜索(2-14)，判斷是否遇到邊緣點(2-15)，是，則選取遇到的第一個搜索到的邊緣點坐標(有時可能遇到多個邊緣點)保存于數(shù)組Larray[]中(2-16);否，則本次不做任何記錄；然后起始點沿y軸方向向下移動n個坐標(nE[3-5]) (2-17);并判斷起始點是否超出了左區(qū)域界限(2-18)，否，則返回重新沿著x軸方向向右搜索(2-14)，是，則進入右區(qū)域邊緣點搜索操作。在右域，選取右區(qū)域的右上點為起始點(2-19)，沿著x軸方向向左搜索(2-20)，判斷是否遇到邊緣點(2-21)，是，則選取遇到的第一個搜索到的邊緣點坐標(有時可能遇到多個邊緣點)保存于數(shù)組Rarray[]中(2-22);否，則本次不做任何記錄；然后起始點沿y軸方向向下移動n個坐標(ne[3-5]) (2-23);并判斷起始點是否超出了右區(qū)域界限(2-24)，否，則返回重新沿著x軸方向向左搜索(2-20)，則右區(qū)域邊緣點搜索操作結束。最后，將所有像素點變?yōu)楹谏?，以擦除圖像中的邊緣點(2-25)。
4.它的第三步是在上、下、左、右四個區(qū)域內利用Bezier函數(shù)完成邊緣修補的過程為(3): 首先，開始分組，取3個點為一組，從上區(qū)域邊緣數(shù)組Uarray[]中取出前3個點作為一組分別賦值給P。， A, p2(3-l)，然后利用貝塞爾函數(shù)戶。2 =(1-02尸。+2"1-0尸,+尸A繪制曲線(t 為
范圍內的參數(shù))(3-2)，判斷Uarray[]中是否有剩余的邊緣點(3-3)，否，則上區(qū)域 邊緣修補過陳結束，是，則判斷Uarray[]中剩余的邊緣點是否多于「個(3-4)，是，則將前 一組最末一個點作為下一組的第一個點賦值給p",，在Uarray[]中再取兩個新點賦值給Pl、p2(3-5);并重新返回利用貝塞爾函數(shù)尸。2 =(1-/)2尸。+2/(1-0尸,+一A繪制曲線(3-2)，否，則 取前一組最末兩個點分別賦值給下一組的前兩個點p。、 Pl，從Uarray[]中再取最末一個點賦 值給p2(3-6)，并重新返回利用貝塞爾函數(shù)尸。2 =(1_02尸。+2"1-0尸1+尸尸2繪制曲線(3-2)。 下區(qū)域、左區(qū)域、右區(qū)域修補過程與上區(qū)域邊緣修補過程相同。
全文摘要
噴射沉積坯尺寸的實時檢測中，采用平滑→增強→邊緣檢測→尺寸提取的邊緣檢測方法已不能精確提取沉積坯尺寸，原因在于邊緣檢測后圖像邊緣形狀突變、或存在斷點為此將計算機圖形學中的貝塞爾曲線應用到柱狀噴射沉積坯尺寸的實時檢測中修補沉積坯邊緣，使得沉積坯尺寸圖像檢測法變?yōu)槠交鰪姟吘墮z測→邊緣修補→尺寸提取，其關鍵技術為沉積坯邊緣圖像的修補，采用了計算機圖形學中的Bezier曲線擬合技術完成沉積坯圖像中缺失、突變的邊緣修補，其實施方案包括第一步，分割圖像中沉積坯為4個區(qū)域；第二步，搜索每個區(qū)域內的邊緣點并選擇性記錄；第三步，在每個區(qū)域利用Bezier曲線完成邊緣修補。本方法測試結果表明，處理后的圖像獲取的尺寸波動更小，消除了邊緣斷點對尺寸檢測帶來的誤差。
文檔編號G06T7/00GK101425178SQ20081022856
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權日2008年11月5日
發(fā)明者曲迎東, 李晨希, 李潤霞, 李榮德, 袁曉光, 馬振濤 申請人:沈陽工業(yè)大學