高溫物體測量中圖像質(zhì)量補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高溫物體測量領(lǐng)域，特別設(shè)及視覺測量高溫物體時圖像質(zhì)量實(shí)時補(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)時觀測高溫物體的特征尺寸，由于機(jī)器視覺法具 有非接觸、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場在線測量。而在測量高溫物體時，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)確測量。
[000引 美國專利（PatentNo;US685928地 1)OPTICALOB沈RVATIONDEVICEANDMET冊D FOROBSERVINGARTICLESATELEVATEDTEMPERATURES發(fā)明了一種高溫物體觀測方法和裝 置。該裝置由照明光源、相機(jī)、濾光片等組成。工作時，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，針對溫度時變的物 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)問題是針對實(shí)時變化的溫度下高溫巧00~1200°c)物體長 時間連續(xù)觀測的需要，克服W往各種方法的不足，發(fā)明了一種實(shí)時變化的溫度下高溫物體 測量中圖像質(zhì)量補(bǔ)償方法，在濾除主要的高溫物體福射強(qiáng)光后，針對不同溫度下濾光片通 帶內(nèi)福射強(qiáng)光的變化趨勢，實(shí)時調(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，實(shí)時調(diào)整激光光強(qiáng)是指與福射光強(qiáng)變化趨勢相匹配，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、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)時觀測，同時，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，實(shí)時調(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、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是曝光時間，E是CCD單位時間受到的照度，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，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)為激光波長為λ時 CCD感光響應(yīng)值，μ (λ)為激光波長為λ時濾光片透過率，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)場情況決定；因此公式8簡化為： 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)明高溫物體測量中圖像質(zhì)量補(bǔ)償方法屬于高溫物體測量領(lǐng)域，特別涉及視覺測量高溫物體時圖像質(zhì)量實(shí)時補(bǔ)償?shù)姆椒āＱa(bǔ)償方法使用可調(diào)光強(qiáng)激光器照射待測高溫物體表面，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，實(shí)時調(diào)整激光器輸出光強(qiáng)使其與輻射光光強(qiáng)變化趨勢相匹配，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】CN104748678
【申請?zhí)枴緾N201510100946
【發(fā)明人】賈振元, 劉巍, 劉陽, 王靈麗, 楊景豪, 樊超楠
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月8日