基于B样条迭代法的激光光条噪声去除技术研究

　　1　引　言

　　激光光条在视觉检测和非接触扫描测量中已被广泛应用,它通常与CCD摄像机按照三角法原理[1]组成结构光测量系统。根据不同的应用场合和检测对象可产生多种结构的光形式,如激光点,激光线,十字线,多平行线,网格,单圆,多同心圆等。其中基于单激光线构成的测量系统,具有结构简单,图像处理方便,测量效率高,易于实现和三坐标测量机的结合[2]等特点而成为最常用结构的光形式。

　　激光光条在空间是有“厚度”的平面,而且该平面的厚度是不均匀的,在景深处最薄,景深之前或之后逐渐变厚;另外光条的亮度在不同的位置也不同,在光条中间段最亮,向两端逐渐变暗;在离激光器越近的位置越亮,远离激光器由于光条变长而使得亮度降低。在三角法测量系统中,理想情况下是以带有“厚度”光平面的“中间平面”和CCD像平面构成透视对应的关系[3]。在实际应用中光平面投射到被测物体上,以光条的形式体现出来,因此必须从光条上找出“中间平面”。

　　激光光条一般是由激光点经一柱面镜产生的,光强的分布符合高斯分布[4]

　　式中A为幅值;v为均值,在理想情况下是所求的光条中心;σ为标准差,它反应了曲线的跨度。图1是测量一模具时截取的实际光条图像,在图像上定义行和列两个方向,分别用u和v来表示。光条中心的提取是沿v向在一列内进行,在一幅图像中提取的光条中心点的个数是沿u向的像素个数。

　　2　影响提取精度的因素及研究现状分析

　　影响光条中心提取精度的因素除上面提到的光平面自身“厚度”变化和光强的变化等因素外,被测表面的性质和图像采集系统(主要包括图像采集卡和CCD摄像机)内部产生的热噪声和电噪声也是影响提取精度的主要因素。光平面自身的变化是有规律的、可重复的,可以采用合适的方法来消除这种影响。但图像采集系统产生的噪声是随机的、不可重复的;被测面的情况也千差万别,不同的颜色、粗糙度、材质所体现出的漫反射性能不相同,由这两种情况造成的光条中心提取误差属于随机误差。因此,要提高光条中心的提取精度必须消除随机噪声的影响。国内外学者对此进行了大量研究,目前常用方法可分为三类:

　　(1)阈值法[5]:通过几个像素确定光条中心,主要有极值法和阈值法。极值法以光强最大的点作为光条中心;阈值法是以阈值大于等于一定值的左右两像素为起始点和结束点,二者的平均位置为光条中心。这类方法受单个像素灰度值的影响,尤其是光条上噪声的影响非常大,如图2,C是实际光条中心,C′是受噪声干扰提取的光条中心。该方法提取误差通常大于一个像素,仅适合用于对光条中心的粗定位。