高溫物體測(cè)量中圖像質(zhì)量補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高溫物體測(cè)量領(lǐng)域,特別設(shè)及視覺測(cè)量高溫物體時(shí)圖像質(zhì)量實(shí)時(shí)補(bǔ)償 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在一些工業(yè)生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)中需要實(shí)時(shí)觀測(cè)高溫物體的特征尺寸,由于機(jī)器視覺法具 有非接觸、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量。而在測(cè)量高溫物體時(shí),受高 溫物體福射強(qiáng)光影響,采集圖像僅能分辨物體大致輪廓,無法獲得特征邊界清晰的高溫物 體圖像,嚴(yán)重影響高溫物體特征尺寸的準(zhǔn)確測(cè)量。
[000引 美國(guó)專利(PatentNo;US685928地 1)OPTICALOB沈RVATIONDEVICEANDMET冊(cè)D FOROBSERVINGARTICLESATELEVATEDTEMPERATURES發(fā)明了一種高溫物體觀測(cè)方法和裝 置。該裝置由照明光源、相機(jī)、濾光片等組成。工作時(shí),由照明光源福射的電磁波投射到高 溫物體表面,物體表面的反射光透過濾光片后在相機(jī)上成像。該裝置針對(duì)不同溫度采用不 同的濾光片濾除高溫福射強(qiáng)光,可獲得較為清晰地高溫物體圖像。然而,針對(duì)溫度時(shí)變的物 體無法有效得獲得清晰度穩(wěn)定的高溫物體圖像。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)實(shí)時(shí)變化的溫度下高溫巧00~1200°c)物體長(zhǎng) 時(shí)間連續(xù)觀測(cè)的需要,克服W往各種方法的不足,發(fā)明了一種實(shí)時(shí)變化的溫度下高溫物體 測(cè)量中圖像質(zhì)量補(bǔ)償方法,在濾除主要的高溫物體福射強(qiáng)光后,針對(duì)不同溫度下濾光片通 帶內(nèi)福射強(qiáng)光的變化趨勢(shì),實(shí)時(shí)調(diào)整輔助激光光強(qiáng),減小因通帶范圍內(nèi)福射光強(qiáng)變化對(duì)高 溫物體圖像的影響,確保不同溫度下均可W拍攝到清晰的高溫物體圖像。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是高溫物體測(cè)量中圖像質(zhì)量補(bǔ)償方法,其特征在于,補(bǔ)償方法 使用可調(diào)光強(qiáng)激光器照射待測(cè)高溫物體表面,高溫物體反射的激光與高溫物體福射強(qiáng)光經(jīng) 濾光片過濾后,僅有部分高溫物體福射強(qiáng)光可通過濾光片使相機(jī)成像,根據(jù)不同溫度下通 帶內(nèi)福射光強(qiáng)變化趨勢(shì),實(shí)時(shí)調(diào)整激光光強(qiáng)是指與福射光強(qiáng)變化趨勢(shì)相匹配,實(shí)現(xiàn)大溫度 梯度內(nèi)高溫物體清晰成像。補(bǔ)償方法由W下步驟來確定:
[0006] 步驟1 ;首先W圖像中光條灰度為信號(hào)、鍛件背景灰度為噪聲的圖像SNR模型,圖 像SNR模型如下所示:
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高溫物體測(cè)量中圖像質(zhì)量補(bǔ)償方法,其特征在于,補(bǔ)償方法使用可調(diào)光強(qiáng)激光 器(3)照射待測(cè)高溫物體(1)表面,高溫物體(1)表面反射的激光(B)與高溫物體(1)輻 射強(qiáng)光㈧經(jīng)濾光片⑷過濾后,實(shí)現(xiàn)大多數(shù)高溫物體⑴輻射強(qiáng)光㈧的有效濾除,剩余 部分高溫物體(1)輻射強(qiáng)光(A)與高溫物體(1)反射激光(B)使相機(jī)(5)成像,其中含有 特征光條(7)信息的高溫物體(1)圖像可由工作站顯示器(6)實(shí)時(shí)觀測(cè),同時(shí),根據(jù)不同溫 度下濾光片(4)通帶內(nèi)輻射光的光強(qiáng)變化趨勢(shì),實(shí)時(shí)調(diào)整激光器(3)輸出光強(qiáng)使其與輻射 光(A)光強(qiáng)變化趨勢(shì)相匹配,最終實(shí)現(xiàn)大溫度梯度內(nèi)高溫物體特征光條(7)清晰成像;補(bǔ)償 方法由以下步驟來確定:
步驟1 :首先以圖像中光條灰度為信號(hào)、鍛件背景灰度為噪聲的圖像SNR模型,圖像SNR 模型如下所示: (1) 其中,Gsl為光條灰度,Gbf為鍛件背景灰度; 由CCD光電轉(zhuǎn)換特性知,圖像灰度G與CCD曝光量E,曝光時(shí)間t之間的關(guān)系表示為: G = a (Et) Y+Gb (2) 其中,a是CCD響應(yīng)率,t是曝光時(shí)間,E是CCD單位時(shí)間受到的照度,Et為曝光量,γ 是光電轉(zhuǎn)換系數(shù),γ ~ 1,Gb是暗電流引起的圖像灰度;對(duì)于高質(zhì)量CCD而言,a(tE) γ遠(yuǎn)大 于Gb; 理論SNR公式表述為:
其中,Esl相機(jī)接收光條的總照度,Ebf是相機(jī)接收鍛件背景的總照度;E1(P)是相機(jī)接收 鍛件表面激光反射光的照度,Ef (T)相機(jī)接收高溫鍛件自身輻射照度,Ea相機(jī)接收鍛件表面 反射環(huán)境光的照度; 步驟2 :高溫鍛件自身輻射光照度Ef (T)表示為:
其中,Mtl(A1T)是普朗克黑體輻射公式,λ為波長(zhǎng),T為開爾文溫度,ε鍛件表面發(fā)射 率,ds是鍛件表面上任一微面,Θ是ds法矢與相機(jī)光軸的夾角,need(;〇SC⑶光譜響應(yīng) 特性,μ (λ)為濾光片光譜透過率,Dci是鍛件發(fā)射總立體角,d是鍛件到相機(jī)之間的距離, ( λη?η,XmiJ是濾波片通帶范圍; 步驟3 :鍛件表面激光反射光照度E1 (P)表述為:
其中,ε是鍛件表面發(fā)射率,P是激光功率,ds是鍛件表面上任一微面,Θ是ds法矢 與相機(jī)光軸的夾角,Q1鍛件表面法矢與激光入射方向的夾角,η ^(λ)為激光波長(zhǎng)為λ時(shí) CCD感光響應(yīng)值,μ (λ)為激光波長(zhǎng)為λ時(shí)濾光片透過率,d2是激光與鍛件之間的距離,Ω Q 是鍛件發(fā)射總立體角,d是鍛件到相機(jī)之間的距離; 步驟4 :鍛件表面環(huán)境反射光照度Ea表述為:
(6) 其中,E是透過濾光片環(huán)境光的照度,ε鍛件表面發(fā)射率,Θ是ds法矢與相機(jī)光軸的 夾角,n ⑶光譜響應(yīng)系數(shù),Ω ^是鍛件發(fā)射總立體角,d是鍛件到相機(jī)之間的距離; 步驟5 :基于可調(diào)光強(qiáng)的圖像SNR實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法的補(bǔ)償公式如下: E1(P)mil^(SNR0nin)-Ih(MTHEa) (7) 其中,SNR(min)為滿足測(cè)量要求的最小信噪比,E1(P)min為最小激光反射光照度,E f (T)為 鍛件輻射照度,匕為環(huán)境光照度; 因 E1 Wmin是P的正比例函數(shù),且比例系數(shù)大于0,因此不同溫度下激光器功率補(bǔ)償參 數(shù)表示為: Pfflin^a- (SNRifflirf-I) - (Ef(T)+Ea) (8) 上式中Pmin為滿足SNR (min)S求的最小激光器輸出功率,
為實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù),視實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)情況決定;因此公式8簡(jiǎn)化為: Pmin> K1Ef ⑴+K2 (9) 其中,Pmin為滿足SNR (min)S求的最小激光器輸出功率, K1= a · (SNR (min)-l),K2= a · (SNR (min)-l) · EA補(bǔ)償模型的兩個(gè)補(bǔ)償系數(shù),E f (T)為 鍛件輻射照度,是隨溫度變化的變量; 通過上述步驟實(shí)現(xiàn)高溫物體圖像質(zhì)量的實(shí)時(shí)修正,從而實(shí)現(xiàn)不同溫度下高溫物體圖像 的清晰獲取。
【專利摘要】本發(fā)明高溫物體測(cè)量中圖像質(zhì)量補(bǔ)償方法屬于高溫物體測(cè)量領(lǐng)域,特別涉及視覺測(cè)量高溫物體時(shí)圖像質(zhì)量實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒?。補(bǔ)償方法使用可調(diào)光強(qiáng)激光器照射待測(cè)高溫物體表面,高溫物體表面反射的激光與高溫物體輻射強(qiáng)光經(jīng)濾光片過濾后,實(shí)現(xiàn)大多數(shù)高溫物體輻射強(qiáng)光的有效濾除;剩余部分高溫物體輻射強(qiáng)光與高溫物體反射激光使相機(jī)成像。根據(jù)不同溫度下濾光片通帶內(nèi)輻射光的光強(qiáng)變化趨勢(shì),實(shí)時(shí)調(diào)整激光器輸出光強(qiáng)使其與輻射光光強(qiáng)變化趨勢(shì)相匹配,最終實(shí)現(xiàn)大溫度梯度內(nèi)高溫物體特征光條清晰成像。補(bǔ)償方法通過建立的補(bǔ)償模型實(shí)時(shí)調(diào)整輔助激光器補(bǔ)償參數(shù),實(shí)現(xiàn)高溫物體圖像質(zhì)量的實(shí)時(shí)修正,從而實(shí)現(xiàn)不同溫度下高溫物體圖像的清晰獲取。
【IPC分類】G01B11-00, H04N5-235, G06T5-00
【公開號(hào)】CN104748678
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510100946
【發(fā)明人】賈振元, 劉巍, 劉陽(yáng), 王靈麗, 楊景豪, 樊超楠
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月8日