结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

刘巍; 张洋; 高鹏; 杨帆; 兰志广; 李晓东; 贾振元; 高航

doi:10.3788/IRLA201778.1017010

结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

doi: 10.3788/IRLA201778.1017010

1.
大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024

基金项目:

国家973计划（2014CB46504）;国家自然科学基金（51375075，51227004）;辽宁省自然科学基金（2014028010）;国家自然科学基金创新研究群体项目（51621064）

详细信息

作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

中图分类号: TH161⁺.1;TH161⁺.7

Sub-pixel center extraction method of laser stripe center based on hierarchical processing

1.
School of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China

摘要: 为实现大型航空零件三维测量过程中激光光条的快速高精度提取，提出了一种结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法。首先，根据序列图像的结构不变性将高分辨率图像压缩为低分辨图像。接着，通过二次拟合求解低分辨率图像中激光光条中心的法线斜率。然后，将低分辨图像求得的法线斜率还原到高分辨激光光条图像中。进而通过灰度重心判断准则，快速计算激光光条的亚像素中心。最后，采用所提出的方法分别在实验室和大型航空零件装配测试台上进行了复合材料标准样件和复杂零件的三维形貌测量。实验结果表明：该方法的单激光光条重建误差为0.269 mm，三维形面的重建误差为0.268 mm。该方法可有效提高工程零件快速测量过程中激光光条提取精度，满足大型航空零件现场测量的工程要求。
- 激光光条提取 /
- 视觉测量 /
- 大型零件 /
- 分层处理 /
- 亚像素
Abstract: A sub-pixel center extraction algorithm based on hierarchical processing was proposed for the implementation of laser stripe processing in the large aerospace parts measurement with high speed and precision. Firstly, the high-resolution image was compressed into low-resolution image with structural invariance. Then, the normal vector of the center of laser stripe was calculated by using quadratic curve fitting in the low-resolution image. The normal vector in the low-resolution image was reproduced to the high-resolution image based on the theory of normal regression. The judgment of gray center on normal direction was established to determine calculated pixels. The sub-pixel center of calculated pixels on the normal direction was accurately calculated by the gray weighted centroid method. Finally, the presented method was utilized to measure a composite material standard part and complex aviation parts in the laboratory and assembly testing machine, respectively. Experimental results show that the precision of the reconstruction of a single stripe on the surface of object is 0.269 mm and the precision of three-dimension surface measurement is 0.268 mm. It indicates that the proposed method can improve the speed and precision of the engineering measurement of large part. Moreover, the method can satisfy the requirements of the in-site measurement of large aerial parts.
- laser stripe extraction /
- computer vision /
- large parts /
- hierarchical processing /
- sub-pixel

[1]	Li H, Zhang L X, Xiao T Y. Real-time control for CPS of digital airplane assembly with robust H-infinity theory[J]. Tsinghua Science and Technology, 2015, 20(4):376-384.
[2]	Zhao Sihong, Lu Yabing, Chen Xiaoxu, et al. Realization of real-time automatic target reporting system for simulant airborneweapon attacking over ground[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(S1):78-82. (in Chinese)赵思宏, 陆亚兵, 陈晓旭, 等. 航空武器对地模拟攻击实时自动报靶系统的实现[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(S1):78-82.
[3]	Gao Yuhan, An Zhiyong, Wang Jinsong, et al. Precision measurement technology of 3D surfaces[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(11):2261-2264. (in Chinese)高瑀含, 安志勇, 王劲松, 等. 三维面型精密测量技术[J]. 红外与激光工程, 2011, 40(11):2261-2264.
[4]	Shi Jinlong, Qian Qiang, Pang Linbin, et al. Three-dimensional measurement and registration for large scale plates[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(5):1165-1170. (in Chinese)史金龙, 钱强, 庞林斌, 等. 大尺度钢板的三维测量和拼接[J]. 光学精密工程, 2014, 22(5):1165-1170.
[5]	Zheng Xuehan, Wei Zhenzhong, Zhang Guangjun. Expeditions calibration algorithm of visual tracking and measurement system with field coordinate system for moving target[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(7):2175-2181. (in Chinese)郑学汉, 魏振忠, 张广军. 运动目标视觉跟踪测量系统与场地坐标系的快速统一方法[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(7):2175-2181.
[6]	Kieu H, Pan T, Wang Z, et al. Accurate 3D shape measurement of multiple separate objects with stereo vision[J]. Measurement Science and Technology, 2014, 25(1):35-40.
[7]	Qu Hengkuo, Zhang Qingyuan, Ruan Youtian. Laser radar based on scanning image tracking[J]. Chinese Optics, 2012, 5(3):242-247. (in Chinese)屈恒阔, 张清源, 阮友田. 扫描成像跟踪激光雷达[J]. 中国光学, 2012, 5(3):242-247.
[8]	Feng Ping, Liu Zhen. Automatic localization method of the multi-planar strip in rudder angle measurement[J]. Chinese Optics, 2014, 7(6):911-916. (in Chinese)冯萍, 刘震. 舵面角度测量中结构光光条图像自动定位方法[J]. 中国光学, 2014, 7(6):911-916.
[9]	Luks J, Fridrich J, Goljan M. Detecting digital image forgeries using sensor pattern noise[C]//International Society for Optics and Photonics, 2006.
[10]	Steger C. An unbiased detector of curvilinear structures[J]. IEEE Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1998, 20(2):113-125.
[11]	Wang Xuejuan, Luo Haibo, Wei Yongwang, et al. Extracting line segments method with HOG feature[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(2):513-518. (in Chinese)王学娟, 罗海波, 魏永旺, 等. 一种采用HOG特征的直线段提取方法[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(2):513-518.
[12]	Sun Junhua, Wang Heng, Liu Zhen, et al. Rapid extraction algorithm of laser stripe centerin rail wear dynamic measurement[J]. Optics and Precision Engineering, 2011, 19(3):690-696. (in Chinese)孙军华, 王恒, 刘震, 等. 钢轨磨耗动态测量中激光光条中心的快速提取[J]. 光学精密工程, 2011, 19(3):690-696.
[13]	Heipke C, Steger C, Multhammer R. A hierarchical approach to automatic road extraction from aerial imagery[C]//SPIE, 1995, 2486(5):213122.
[14]	Zhu Jigui, Yu Zhijing. The Principle of Vision Metrology[M]. Beijing:China Machine Press, 2011. (in Chinese)邾继贵, 于之靖. 视觉测量原理与方法[M]. 北京:机械工业出版社, 2011.

[1]	刘峰, 郭英华, 王霖, 高裴裴, 张月桐. 二维主动位姿引导的单目空间姿态测量方法 . 红外与激光工程, 2024, 53(2): 20211026-1-20211026-11. doi: 10.3788/IRLA20211026
[2]	王素琴, 陈太钦, 张峰, 石敏, 朱登明. 面向复杂机械零件形貌测量的高精度三维重建方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210730-1-20210730-11. doi: 10.3788/IRLA20210730
[3]	雷鹏, 胡金春, 朱煜, 杜胜武. 傅氏级数和多项式结合的图像灰度建模及位移测量 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210123-1-20210123-8. doi: 10.3788/IRLA20210123
[4]	黄喆, 燕庆德, 李倩, 程二静, 沈小玲, 徐叶倩. 面向直线顶管机的双屏视觉标靶标定方法与精度评价 . 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20210933-1-20210933-8. doi: 10.3788/IRLA20210933
[5]	张亚平, 张绍裕, 刘炼, 舒恂, 孔金丞, 徐世春, 徐冬梅, 龚晓丹, 邱杰. 零件表面钝化处理对杜瓦放气率的影响 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20200321-1-20200321-6. doi: 10.3788/IRLA20200321
[6]	柴家贺, 董明利, 孙鹏, 燕必希. 工业相机自热引起像点漂移模型与补偿方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(6): 20200494-1-20200494-11. doi: 10.3788/IRLA20200494
[7]	毕超, 郝雪, 刘孟晨, 房建国. 基于视觉测量的回转轴线标定方法研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0413004-0413004-8. doi: 10.3788/IRLA202049.0413004
[8]	李晓捷, 王佳, 耿磊, 叶琨. 边缘恢复的大尺寸平面零件测量方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 417006-0417006(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0417006
[9]	李飞胤, 马少杰, 满晓飞. 高冲击复杂动态运动的非接触式测量方法及试验研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 138-146. doi: 10.3788/IRLA201847.S117001
[10]	黄勇, 孙文磊, 陈影. 激光熔覆再制造复杂轴类零件的轨迹规划 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 506005-0506005(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0506005
[11]	刘巍, 高鹏, 张洋, 杨帆, 李晓东, 兰志广, 贾振元, 高航. 面向大型零部件的三维形面高精度测量方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 317003-0317003(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0317003
[12]	吴伟辉, 肖冬明, 毛星. 金属零件自动超轻结构化设计及激光增材制造 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1106009-1106009(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1106009
[13]	樊超楠, 刘巍, 刘阳, 王灵丽, 贾振元. 激光辅助的大型回转类零件直径实时测量方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1106006-1106006(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1106006
[14]	耿磊, 叶琨, 肖志涛, 李月龙, 邱玲. 上下边缘区分的平面钣金零件尺寸测量方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 617010-0617010(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0617010
[15]	肖志涛, 朱莎莎, 耿磊, 李月龙, 刘文超, 叶琨. 深度约束的零件尺寸测量系统标定方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2831-2836.
[16]	何帆, 白剑, 侯西云. 基于模板匹配的莫尔条纹倾角计算 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2825-2830.
[17]	吴斌, 邢秀奎, 张云昊. 微细管道内壁缺陷柔性在线测量技术研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2944-2951.
[18]	张晓龙, 尹仕斌, 任永杰, 郭寅, 杨凌辉, 王一. 基于全局空间控制的高精度柔性视觉测量系统研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2805-2812.
[19]	关丛荣, 金伟其, 王吉晖. 小波变换在显微热图像位移估计中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2780-2785.
[20]	王颖, 张瑞. 管道内表面圆结构光视觉三维测量系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 891-896.

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结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

doi: 10.3788/IRLA201778.1017010

作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

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结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

doi: 10.3788/IRLA201778.1017010

1. 大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024

作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

English Abstract

Sub-pixel center extraction method of laser stripe center based on hierarchical processing

1. School of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China

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doi: 10.3788/IRLA201778.1017010

作者简介: 刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

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结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

doi: 10.3788/IRLA201778.1017010

1. 大连理工大学 机械工程学院,辽宁 大连 116024

作者简介: 刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

English Abstract

Sub-pixel center extraction method of laser stripe center based on hierarchical processing

1. School of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China

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作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

1. 大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024

作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn