專利名稱：一種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法。
背景技術(shù)：
無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符在工業(yè)生產(chǎn)和物流領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，這類字符的突出特點(diǎn)是 “無(wú)色差”“立體”。字符與背景同顏色，但字符與背景的高度不同，屬于立體字符。圖1是幾個(gè)無(wú)色差立體字符的應(yīng)用實(shí)例。這些標(biāo)識(shí)信息是實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)、快速識(shí)別是眾多企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。由于這類字符靠反光差來(lái)成像，造成字符與背景同顏色，所以，利用現(xiàn)有的圖像獲取技術(shù)，得到的字符圖像與背景圖像的灰度差很小， 且不均勻，給字符識(shí)別帶來(lái)很大困難。另外，由于字符大多數(shù)都很小(一般小于4X4mm)，高度很低(低于0. 5mm)，并且立體字符多制作在鋼材、鋁材等高反射材料的表面，所以使一般方法獲得的字符效果不很理想。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法，通過(guò)該方法可以獲得無(wú)色差立體字符的灰度圖像，可直接用于立體字符的識(shí)別。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法，步驟如下(1)圖像采集單線結(jié)構(gòu)光激光器(其可以投射單線結(jié)構(gòu)光線，結(jié)構(gòu)光線寬IOOum 左右)發(fā)射的單線結(jié)構(gòu)光線照射到字符表面后，利用攝像機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行采集，獲得無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符同高度相關(guān)的畸變信息，然后直接將畸變信息轉(zhuǎn)變?yōu)樽址幕叶葓D像；圖像采集的原理為圖像采集原理如圖2所示，部件1為單線結(jié)構(gòu)光激光器，它可以投射出單線結(jié)構(gòu)光線(部件5)；部件2是攝像機(jī)，它的圖像采集方向和激光器的入射方向成一定角度。當(dāng)激光器投射出的結(jié)構(gòu)光線照射到立體字符(部件3)表面后，結(jié)構(gòu)光受到立體字符凸起表面的調(diào)制，結(jié)構(gòu)光光條在高度不同的部位產(chǎn)生畸變和移位，通過(guò)攝像機(jī)捕獲這些畸變的結(jié)構(gòu)光圖像，并通過(guò)算法將畸變信息轉(zhuǎn)化為字符的灰度信息。部件6是移動(dòng)機(jī)構(gòu)，它可以帶動(dòng)立體字符在圖示Χ方向移動(dòng)，每移動(dòng)一定位移Δ 1后采集一張圖像，每次移動(dòng)的位移量可用下式來(lái)計(jì)算Δ1 = H/k，其中H是被測(cè)字符的高度，k為常數(shù)值，一般取 20左右。然后將這多張圖像進(jìn)行疊加、組合，就可以得到無(wú)色差立體字符的有色差圖像，可以直接用于立體字符地識(shí)別。研究表明，當(dāng)結(jié)光入射角度和圖像傳感器主軸成90°時(shí)的檢測(cè)誤差最?。欢鴱臏p少立體字符對(duì)光線的遮擋、增加可測(cè)范圍方面來(lái)考慮，當(dāng)結(jié)構(gòu)光入射角度與被測(cè)表面夾角 45°左右可以獲得最大的測(cè)量范圍，因此，確定的相關(guān)角度如下單線結(jié)構(gòu)光中心光束入射角度與直線OM的夾角α =45°，攝像機(jī)光軸Zi與直線OM夾角β =45°，其中直線OM 為單線結(jié)構(gòu)激光器鏡頭中心與攝像機(jī)鏡頭中心的連線，如圖2所示。(2)圖像處理
獲得字符的結(jié)構(gòu)光圖像后需要進(jìn)行圖像處理，具體過(guò)程如下a.利用直接二值化方法進(jìn)行處理，二值化閾值設(shè)定范圍為
；b.對(duì)二值化圖像進(jìn)行細(xì)化處理。處理方法為形態(tài)學(xué)方法其中A是原始圖像，B是結(jié)構(gòu)元素圖像，先將采用B對(duì)圖像A膨脹，然后再采用B將膨脹的結(jié)果進(jìn)行腐蝕，CLOSE (A, B)是處理結(jié)果。具體公式如下CLOSE{A, ff) = A β =、A B) B其中B為半徑為5的圓形結(jié)構(gòu)。(3)將字符的畸變信息轉(zhuǎn)換為字符的灰度將獲得的細(xì)化圖像分別按先列后行的順序讀取并判斷每一點(diǎn)的值，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)灰度不為零的點(diǎn)時(shí)，記錄并存儲(chǔ)該點(diǎn)所在的行(i)。然后針對(duì)圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)化，即將中心線上每點(diǎn)的畸變量轉(zhuǎn)化為該點(diǎn)的灰度值，具體算法如下辦,)=，,，.
少)+15 χ A(x, y\x = i其中，x，y分別時(shí)圖像的行和列坐標(biāo)；g(x，y)是灰度轉(zhuǎn)換結(jié)果；a(x，y)是步驟(2) 得到的細(xì)化圖像；Δ (x,y)是位置坐標(biāo)為(x，y)的像素點(diǎn)的畸變量；i是結(jié)構(gòu)光條在圖像中行。(4)將獲得的所有結(jié)構(gòu)光條畸變圖像都轉(zhuǎn)換為灰度圖像，調(diào)整每張圖的大小并進(jìn)行疊加，從而得到整個(gè)字符的的灰度圖像。該發(fā)明的特點(diǎn)1.該發(fā)明的無(wú)色差立體字符圖像獲取方法，可以將字符的高度信息轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶刃畔ⅲ?.該發(fā)明利用結(jié)構(gòu)光源和攝像機(jī)組成的三維數(shù)據(jù)獲取裝置，既不需要復(fù)雜的系統(tǒng)標(biāo)定也不需要三維重建，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；3.因?yàn)椴捎镁€結(jié)構(gòu)光源，所以通過(guò)設(shè)置偏光片等，很容易消除反光對(duì)成像質(zhì)量的影響；4.該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理量小，快捷、方便，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；5.可以解決無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符的高質(zhì)量圖像采集問(wèn)題。


圖1 無(wú)色差立體字符的應(yīng)用實(shí)例，其中，(a)動(dòng)車組連桿部件；(b)鋼材標(biāo)牌；(C) 輪胎。圖2 立體字符圖像采集原理圖，其中1、單線結(jié)構(gòu)激光器；2、攝像機(jī)；3、立體字符；4、字符載體；5、單線結(jié)構(gòu)光線；6、移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1 一種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法步驟如下(1)圖像采集單線結(jié)構(gòu)光激光器1(其可以投射單線結(jié)構(gòu)光線，結(jié)構(gòu)光線寬IOOum左右)發(fā)射的單線結(jié)構(gòu)光線5照射到立體字符3 (立體字符3置于字符載體4上)表面后， 利用攝像機(jī)2對(duì)圖像進(jìn)行采集，獲得無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符同高度相關(guān)的畸變信息，然后直接將畸變信息轉(zhuǎn)變?yōu)樽址幕叶葓D像；單線結(jié)構(gòu)光中心光束入射角度與直線OM的夾角α =45°，攝像機(jī)光軸Zi與直線OM夾角β =45°，其中直線OM為單線結(jié)構(gòu)激光器鏡頭中心與攝像機(jī)鏡頭中心的連線，如圖2所示。圖像采集的原理為圖像采集原理如圖2所示，1為單線結(jié)構(gòu)光激光器，它可以投射出單線結(jié)構(gòu)光線5 ；2是攝像機(jī)，它的圖像采集方向和單線結(jié)構(gòu)激光器1的入射方向成一定角度。當(dāng)單線結(jié)構(gòu)激光器1投射出的單線結(jié)構(gòu)光線5照射到立體字符3表面后，單線結(jié)構(gòu)光線5受到立體字符3凸起表面的調(diào)制，結(jié)構(gòu)光光條在高度不同的部位產(chǎn)生畸變和移位，通過(guò)攝像機(jī)2捕獲這些畸變的結(jié)構(gòu)光圖像，并通過(guò)算法將畸變信息轉(zhuǎn)化為字符的灰度信息。 6是移動(dòng)機(jī)構(gòu)，它可以帶動(dòng)立體字符3在圖示χ方向移動(dòng)，每移動(dòng)一定位移△ 1后采集一張圖像，每次移動(dòng)的位移量可用下式來(lái)計(jì)算Δ1 = H/k，其中H是被測(cè)字符的高度，k為常數(shù)值，一般取20左右。然后將這多張圖像進(jìn)行疊加、組合，就可以得到無(wú)色差立體字符的有色差圖像，可以直接用于立體字符地識(shí)別。(2)圖像處理獲得字符的結(jié)構(gòu)光圖像后需要進(jìn)行圖像處理，具體過(guò)程如下a.利用直接二值化方法進(jìn)行處理，二值化閾值設(shè)定范圍為
；b.對(duì)二值化圖像進(jìn)行細(xì)化處理。處理方法為形態(tài)學(xué)方法其中A是原始圖像，B是結(jié)構(gòu)元素圖像，先將采用B對(duì)圖像A膨脹，然后再采用B將膨脹的結(jié)果進(jìn)行腐蝕，CLOSE (A, B)是處理結(jié)果，具體公式如下CLOSE{A, ff) = A β =、A B) B其中B為半徑為5的圓盤形結(jié)構(gòu)。(3)將字符的畸變信息轉(zhuǎn)換為字符的灰度將獲得的細(xì)化圖像分別按先列后行的順序讀取并判斷每一點(diǎn)的值，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)灰度不為零的點(diǎn)時(shí)，記錄并存儲(chǔ)該點(diǎn)所在的行(i)。然后針對(duì)圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)化，即將中心線上每點(diǎn)的畸變量轉(zhuǎn)化為該點(diǎn)的灰度值，具體算法如下擬力=，,，ι Λ,、.
少)+15 χ A(x, y\x = i其中，x，y分別時(shí)圖像的行和列坐標(biāo)；g(x，y)是灰度轉(zhuǎn)換結(jié)果；a(x，y)是步驟(2) 得到的細(xì)化圖像；Δ (x,y)是位置坐標(biāo)為(x，y)的像素點(diǎn)的畸變量；i是結(jié)構(gòu)光條在圖像中所在的行。(4)將獲得的所有結(jié)構(gòu)光條畸變圖像都轉(zhuǎn)換為灰度圖像，調(diào)整每張圖的大小并進(jìn)行疊加，從而得到整個(gè)字符的的灰度圖像。所要采集的無(wú)色差立體字符圖像如圖3所示。采用步驟(1)所示的步驟得到的其中一幅字符圖像如圖4所示。參數(shù)見(jiàn)圖2。α = 45° ； β =45° ；OM = 19. 5cm,采用步驟⑵的二值化方法得到的二值化圖像如圖5所示。參數(shù)二值化閾值門限θ = 0. 1 ；采用步驟⑵的細(xì)化方法得到的細(xì)化圖像如圖6所示。
5
參數(shù)結(jié)構(gòu)元素B為半徑為5的圓盤形結(jié)構(gòu)。采用步驟(3)方法將圖像6的畸變信息轉(zhuǎn)化為灰度信息如圖7所示。參數(shù)具體參數(shù)見(jiàn)步驟(3)公式。采用步驟(4)方法將20幅在不同位置獲得的畸灰度圖像疊加后圖像如圖8所示。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法，其特征在于，步驟如下(1)圖像采集單線結(jié)構(gòu)光激光器發(fā)射的單線結(jié)構(gòu)光線照射到字符表面后，利用攝像機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行采集，獲得無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符同高度相關(guān)的畸變信息，然后直接將畸變信息轉(zhuǎn)變?yōu)樽址幕叶葓D像；(2)圖像處理a.利用直接二值化方法進(jìn)行處理，二值化閾值設(shè)定范圍為W.05 0.25]；b.對(duì)二值化圖像進(jìn)行細(xì)化處理處理方法為形態(tài)學(xué)方法其中A是原始圖像，B是結(jié)構(gòu)元素圖像，先將采用B對(duì)圖像A膨脹，然后再采用B將膨脹的結(jié)果進(jìn)行腐蝕，CLOSE (A，B)是處理結(jié)果，具體公式如下 (3)將字符的畸變信息轉(zhuǎn)換為字符的灰度將獲得的細(xì)化圖像分別按先列后行的順序讀取并判斷每一點(diǎn)的值，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)灰度不為零的點(diǎn)時(shí)，記錄并存儲(chǔ)該點(diǎn)所在的行i，然后針對(duì)圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)化，即將中心線上每點(diǎn)的畸變量轉(zhuǎn)化為該點(diǎn)的灰度值，具體算法如下 其中，x，y分別時(shí)圖像的行和列坐標(biāo)；g(x，y)是灰度轉(zhuǎn)換結(jié)果；a(x，y)是步驟(2)得到的細(xì)化圖像；Δ (x,y)是位置坐標(biāo)為(x，y)的像素點(diǎn)的畸變量；i是結(jié)構(gòu)光條在圖像中所在的行；(4)將獲得的所有結(jié)構(gòu)光條畸變圖像都轉(zhuǎn)換為灰度圖像，調(diào)整每張圖的大小并進(jìn)行疊加，從而得到整個(gè)字符的灰度圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法，其特征在于所述步驟(1)中，單線結(jié)構(gòu)光線中心光束入射角度與直線OM的夾角α =45°，攝像機(jī)光軸Zi 與直線OM的夾角β =45°，直線OM為單線結(jié)構(gòu)激光器鏡頭中心與攝像機(jī)鏡頭中心的連線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法，步驟如下(1)圖像采集單線結(jié)構(gòu)光激光器發(fā)射的光線照射到字符表面后，利用攝像機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行采集，獲得無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符同高度相關(guān)的畸變信息，然后直接將畸變信息轉(zhuǎn)變?yōu)樽址幕叶葓D像；(2)圖像處理a.利用直接二值化方法進(jìn)行處理；b.對(duì)二值化圖像進(jìn)行細(xì)化處理；(3)將字符的畸變信息轉(zhuǎn)換為字符的灰度；(4)將獲得的所有結(jié)構(gòu)光條畸變圖像都轉(zhuǎn)換為灰度圖像，調(diào)整每張圖的大小并進(jìn)行疊加，得到整個(gè)字符的灰度圖像。本發(fā)明利用結(jié)構(gòu)光源和攝像機(jī)組成的三維數(shù)據(jù)獲取裝置，既不需要復(fù)雜的系統(tǒng)標(biāo)定也不需要三維重建，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，解決了無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符的高質(zhì)量圖像采集問(wèn)題。
文檔編號(hào)G06K9/38GK102222224SQ20111016830
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月18日
發(fā)明者李學(xué)勇, 肖如鏡, 路長(zhǎng)厚 申請(qǐng)人:山東大學(xué)