本發(fā)明涉及激光陣列光斑檢測(cè)，更具體的說(shuō)是涉及一種用于結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，基于結(jié)構(gòu)光的工業(yè)內(nèi)窺鏡已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的缺陷檢測(cè)測(cè)量；而使用結(jié)構(gòu)光進(jìn)行測(cè)量，需要預(yù)先對(duì)結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，包括攝像機(jī)標(biāo)定與結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定，其中結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定是指確定結(jié)構(gòu)光在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的投射參數(shù)，以便在測(cè)量中通過(guò)結(jié)合結(jié)構(gòu)光在物體表面成像圖像位置確定結(jié)構(gòu)光條紋或光斑的三維空間坐標(biāo)。

2、激光光斑陣列是結(jié)構(gòu)光中經(jīng)常使用的一種投射模式，因此確定激光光斑陣列在攝像機(jī)圖像中的精確位置并識(shí)別光斑在陣列中的編號(hào)，是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光標(biāo)定和結(jié)構(gòu)光測(cè)量任務(wù)中的重要環(huán)節(jié)。

3、然而在工業(yè)內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)光測(cè)量中，由于內(nèi)窺鏡管線尺寸的限制，內(nèi)窺鏡中攝像機(jī)視軸方向與激光主投射方向夾角偏小接近平行，且攝像機(jī)鏡頭中心與激光投射光源中心之間的基線距很短，因此工業(yè)內(nèi)窺鏡的工作距離很小，從而使得激光光斑檢測(cè)時(shí)存在以下問(wèn)題：

4、(1)激光射出的光斑陣列在物體表面被反射后，部分光線又被內(nèi)窺鏡鏡頭表面再次反射到物體表面形成干擾光斑，使得圖像上可能出現(xiàn)多于實(shí)際光斑陣列個(gè)數(shù)的光斑；(2)激光光斑投射強(qiáng)度的不均勻，使得一部分光斑出現(xiàn)中心白色而周邊彌散區(qū)域，而一部分光斑只有對(duì)應(yīng)激光顏色未有中心白色，還可能出現(xiàn)光斑強(qiáng)度不足未形成有效光斑圖像；除此之外，不同物體表面對(duì)激光的吸收程度或反射程度不一，也會(huì)造成激光光斑圖像有很大的差異。

5、因此，如何提供一種針對(duì)結(jié)構(gòu)光內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)方法，以提高結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的魯棒性、可靠性，同時(shí)提升結(jié)構(gòu)光管線標(biāo)定的精度與速度，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)方法及系統(tǒng)以解決背景技術(shù)中提到的部分技術(shù)問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種用于結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)方法，包括以下步驟：

4、s1.在激光標(biāo)定平面上利用結(jié)構(gòu)光相機(jī)捕獲包含m×n陣列激光光斑的全彩色待檢測(cè)圖像，并利用已標(biāo)定好結(jié)構(gòu)光相機(jī)的內(nèi)參與鏡頭畸變系數(shù)對(duì)待檢測(cè)圖像進(jìn)行畸變矯正處理獲得矯正圖像，并對(duì)矯正圖像進(jìn)行圖像濾波處理減弱圖像噪聲；

5、s2.將濾波處理后的圖像分解為rgb三通道圖像，提取紅色通道，過(guò)濾其他通道顏色對(duì)斑點(diǎn)檢測(cè)的干擾；

6、s3.對(duì)紅色通道的圖像分別進(jìn)行全圖自適應(yīng)閾值分割，對(duì)分割后的圖像進(jìn)行腐蝕和膨脹操作，并且對(duì)每一個(gè)連通域進(jìn)行區(qū)域評(píng)價(jià)，按區(qū)域面積進(jìn)行排序并篩選前2×m×n個(gè)候選區(qū)域的高斯質(zhì)心坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)通道；

7、s4.利用候選點(diǎn)的位置關(guān)系與灰度分布情況，進(jìn)行能量積分操作并計(jì)算出峰值的位置，定位光斑陣列的位置并提取m×n光斑陣列的中心位置，生成等距分布的理論光斑陣列；

8、s5.利用理論光斑陣列的位置，利用射影變換計(jì)算出實(shí)際光斑的位置，并補(bǔ)全缺失光斑，利用種子點(diǎn)分割算法對(duì)光斑陣列進(jìn)行二次定位修正，迭代進(jìn)行射影變換修正光斑偏差，最終對(duì)直線進(jìn)行擬合，得到亞像素級(jí)光斑位置。

9、優(yōu)選的，圖像濾波處理具體為連續(xù)進(jìn)行5×5高斯濾波、均值濾波、3×3高斯濾波。

10、優(yōu)選的，對(duì)每一個(gè)連通域進(jìn)行區(qū)域評(píng)價(jià)的方法為：

11、

12、其中：r表示通過(guò)評(píng)價(jià)體系，b表示指標(biāo)超過(guò)最大閾值，s表示指標(biāo)低于

13、最小閾值，為連通域ωi的面積，areamax、areamin為連通域面積的上下界；為連通域ωi外接矩形的長(zhǎng)寬比，ratiomax、ratiomin為外接矩形長(zhǎng)寬比的上下界；為連通域的高斯質(zhì)心處紅色通道的強(qiáng)度；rthe為光斑高斯質(zhì)心處紅色通道的強(qiáng)度的最小閾值。

14、優(yōu)選的，步驟s4具體包括：

15、s41.利用候選區(qū)域最大面積，計(jì)算光斑最大半徑，利用高斯質(zhì)心坐標(biāo)和光斑最大半徑對(duì)整幅圖像生成模版，即針對(duì)每個(gè)高斯質(zhì)心坐標(biāo)，以光斑最大半徑為半徑生成圓形mask分割圖像；

16、s42.分割后的圖像分別對(duì)x、y軸進(jìn)行積分，得到兩個(gè)積分后一維結(jié)果δx和δy；

17、s43.利用兩個(gè)積分后一維結(jié)果的峰值對(duì)光斑進(jìn)行定位，利用δx中的第一個(gè)峰值的位置δx(1)和第m個(gè)峰值的位置δx(m)以及δy中的第一個(gè)峰值的位置δy(1)和第n個(gè)峰值的位置δy(n)四個(gè)位置定位光斑陣列的四角坐標(biāo)(δx(1)，δy(1))、(δx(1)，δy(n))、(δx(m)，δy(1))、(δx(m)，δy(n))；

18、s44.利用光斑陣列的四角坐標(biāo)生成理論光斑陣列，理論光斑陣列代表垂直照射時(shí)的光斑分布情況，計(jì)算四角坐標(biāo)的橫向間距和縱向間距，橫向間距和縱向間距等距分為m×n份，生成m×n理論光斑陣列元素坐標(biāo)。

19、優(yōu)選的，一維結(jié)果δx和δy具體為：

20、

21、其中：h為圖像的高度，w為圖像的寬度；

22、橫向間距具體為：

23、

24、縱向間距具體為：

25、

26、m×n理論光斑陣列元素坐標(biāo)具體為：

27、lij＝(δy(1)+(i-1)·η，δx(1)+(j-1)·μ)，i＝1，2…m，j＝1，2…n

28、其中，δx(m)為中第m個(gè)峰值的位置，δy(1)為中第一個(gè)峰值的位置，δy(n)為中第n個(gè)峰值的位置。

29、優(yōu)選的，步驟s5具體包括：

30、s51.在理論網(wǎng)格每個(gè)元素鄰近范圍內(nèi)，在候選區(qū)域的高斯質(zhì)心尋找實(shí)際光斑點(diǎn)，對(duì)尋找到的實(shí)際光斑點(diǎn)記錄為已識(shí)別，并記錄未識(shí)別點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置；

31、s52.根據(jù)理論網(wǎng)格中每個(gè)元素到實(shí)際光斑點(diǎn)的平面變換關(guān)系，通過(guò)4個(gè)不共線的點(diǎn)求解射影變換矩陣；

32、s53.利用射影變換矩陣和理論網(wǎng)格元素位置計(jì)算出未識(shí)別點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置，從而計(jì)算出未識(shí)別點(diǎn)的像素位置；

33、s54.對(duì)m×n個(gè)光斑陣列點(diǎn)進(jìn)行種子點(diǎn)分割，二次優(yōu)化定位，建立八鄰域；從實(shí)際光斑點(diǎn)鄰近區(qū)域最亮處開(kāi)始生長(zhǎng)，分別從八鄰域數(shù)組中選取方向，進(jìn)行生長(zhǎng)條件判斷，若種子點(diǎn)的鄰域種子點(diǎn)未進(jìn)行生長(zhǎng)，則判斷是否滿足閾值條件，當(dāng)所有種子點(diǎn)都無(wú)法進(jìn)行生長(zhǎng)，則停止分割出斑點(diǎn)精確輪廓，計(jì)算輪廓高斯質(zhì)心oi′；

34、s54.利用全部候選點(diǎn)oi′和理論點(diǎn)lij′重新計(jì)算射影變換矩陣h′，通過(guò)重新計(jì)算的射影變換矩陣h′對(duì)oi′進(jìn)行迭代更新，即利用h′計(jì)算未識(shí)別點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置，再利用生成結(jié)果來(lái)修正o′i，重新計(jì)算h″，直至輸出o′i達(dá)到穩(wěn)定。

35、優(yōu)選的，理論網(wǎng)格中每個(gè)元素到實(shí)際光斑點(diǎn)的平面變換關(guān)系為：

36、

37、

38、射影變換矩陣為：

39、

40、未識(shí)別點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置γi為：

41、

42、八鄰域delta為：

43、a＝[(-1?-1)?(0?-1)?(1?-1)?(1?0)?(1?1)?(0?1)?(-1?1)(-1?0)]

44、閾值條件為：

45、

46、其中，oi為候選區(qū)域的高斯質(zhì)心坐標(biāo)，i＝1、2、3…2×m×n；lij為理論網(wǎng)格鄰域第i行第j列的光斑，lij(x)為lij對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)，lij(y)為lij對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)；pij為在理論網(wǎng)格鄰域第i行第j列內(nèi)檢測(cè)出的光斑，pij(x)為pij對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)，pij(y)為pij對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)；γi為光斑陣列缺失光斑點(diǎn)，γi(x)為γi對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)，γi(y)為γi對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)。

47、一種用于結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)系統(tǒng)，基于所述的一種用于結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)方法，包括結(jié)構(gòu)光相機(jī)、圖像矯正模塊、濾波模塊、通道提取模塊、區(qū)域篩選模塊、理論光斑陣列生成模塊、射影變換模塊、種子點(diǎn)分割模塊和迭代修正模塊；

48、結(jié)構(gòu)光相機(jī)，用于在激光標(biāo)定平面上捕獲包含m×n陣列激光光斑的全彩色待檢測(cè)圖像；

49、圖像矯正模塊，用于利用已標(biāo)定好結(jié)構(gòu)光相機(jī)的內(nèi)參與鏡頭畸變系數(shù)對(duì)待檢測(cè)圖像進(jìn)行畸變矯正處理獲得矯正圖像；

50、濾波模塊，用于對(duì)矯正圖像進(jìn)行圖像濾波處理減弱圖像噪聲；

51、通道提取模塊，用于將濾波處理后的圖像分解為rgb三通道圖像，提取紅色通道，過(guò)濾其他通道顏色對(duì)斑點(diǎn)檢測(cè)的干擾；

52、區(qū)域篩選模塊，用于對(duì)紅色通道的圖像分別進(jìn)行全圖自適應(yīng)閾值分割，對(duì)分割后的圖像進(jìn)行腐蝕和膨脹操作，并且對(duì)每一個(gè)連通域進(jìn)行區(qū)域評(píng)價(jià)，按區(qū)域面積進(jìn)行排序并篩選前2×m×n個(gè)候選區(qū)域的高斯質(zhì)心坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)通道；

53、理論光斑陣列生成模塊，用于利用候選點(diǎn)的位置關(guān)系與能量分布情況，進(jìn)行能量積分操作并計(jì)算出峰值的位置，定位光斑陣列的位置并提取m×n光斑陣列的中心位置，生成等距分布的理論光斑陣列；

54、射影變換模塊，用于利用理論光斑陣列的位置，利用射影變換算法計(jì)算出實(shí)際光斑的位置，并補(bǔ)全缺失光斑；

55、種子點(diǎn)分割模塊，用于利用種子點(diǎn)分割算法對(duì)光斑陣列進(jìn)行二次定位修正；

56、迭代修正模塊，用于迭代進(jìn)行射影變換修正光斑偏差，最終對(duì)直線進(jìn)行擬合，得到亞像素級(jí)光斑位置。

57、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的一種用于結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)方法。

58、一種處理終端，包括存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的一種用于結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)方法。

59、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)提供了一種用于結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定的激光光斑陣列檢測(cè)方法及系統(tǒng)，基于標(biāo)定狀態(tài)下針對(duì)未標(biāo)定的結(jié)構(gòu)光相機(jī)拍攝的m×n陣列光斑圖像為依據(jù)，可自動(dòng)定位相機(jī)拍攝的m×n陣列光斑的位置，無(wú)需手動(dòng)標(biāo)記，降低了結(jié)構(gòu)光相機(jī)管線標(biāo)定的難度；拍攝m×n陣列光斑圖像可存在類(lèi)光斑噪聲以及光斑缺失的現(xiàn)象，提高了可靠性和魯棒性；m×n陣列光斑定位精度可以達(dá)到亞像素級(jí)，提升了結(jié)構(gòu)光相機(jī)參數(shù)標(biāo)定的準(zhǔn)確性，對(duì)于完成結(jié)構(gòu)光內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的自動(dòng)化標(biāo)定具有重要的意義。