高温物体测量中图像质量补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高温物体测量领域，特别设及视觉测量高温物体时图像质量实时补偿 的方法。
【背景技术】
[0002] 在一些工业生产或实验中需要实时观测高温物体的特征尺寸，由于机器视觉法具 有非接触、测量精度高等优点，广泛应用于工业现场在线测量。而在测量高温物体时，受高 温物体福射强光影响，采集图像仅能分辨物体大致轮廓，无法获得特征边界清晰的高温物 体图像，严重影响高温物体特征尺寸的准确测量。
[000引 美国专利（PatentNo;US685928地 1)OPTICALOB沈RVATIONDEVICEANDMET册D FOROBSERVINGARTICLESATELEVATEDTEMPERATURES发明了一种高温物体观测方法和装 置。该装置由照明光源、相机、滤光片等组成。工作时，由照明光源福射的电磁波投射到高 温物体表面，物体表面的反射光透过滤光片后在相机上成像。该装置针对不同温度采用不 同的滤光片滤除高温福射强光，可获得较为清晰地高温物体图像。然而，针对温度时变的物 体无法有效得获得清晰度稳定的高温物体图像。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是针对实时变化的温度下高温巧00~1200°c)物体长 时间连续观测的需要，克服W往各种方法的不足，发明了一种实时变化的温度下高温物体 测量中图像质量补偿方法，在滤除主要的高温物体福射强光后，针对不同温度下滤光片通 带内福射强光的变化趋势，实时调整辅助激光光强，减小因通带范围内福射光强变化对高 温物体图像的影响，确保不同温度下均可W拍摄到清晰的高温物体图像。
[0005] 本发明的技术方案是高温物体测量中图像质量补偿方法，其特征在于，补偿方法 使用可调光强激光器照射待测高温物体表面，高温物体反射的激光与高温物体福射强光经 滤光片过滤后，仅有部分高温物体福射强光可通过滤光片使相机成像，根据不同温度下通 带内福射光强变化趋势，实时调整激光光强是指与福射光强变化趋势相匹配，实现大温度 梯度内高温物体清晰成像。补偿方法由W下步骤来确定：
[0006] 步骤1 ;首先W图像中光条灰度为信号、锻件背景灰度为噪声的图像SNR模型，图 像SNR模型如下所示：
[0007]
【主权项】
1. 一种高温物体测量中图像质量补偿方法，其特征在于，补偿方法使用可调光强激光 器（3)照射待测高温物体（1)表面，高温物体（1)表面反射的激光（B)与高温物体（1)辐 射强光㈧经滤光片⑷过滤后，实现大多数高温物体⑴辐射强光㈧的有效滤除，剩余 部分高温物体（1)辐射强光（A)与高温物体（1)反射激光（B)使相机（5)成像，其中含有 特征光条（7)信息的高温物体（1)图像可由工作站显示器（6)实时观测，同时，根据不同温 度下滤光片（4)通带内辐射光的光强变化趋势，实时调整激光器（3)输出光强使其与辐射 光（A)光强变化趋势相匹配，最终实现大温度梯度内高温物体特征光条（7)清晰成像；补偿 方法由以下步骤来确定：
步骤1 :首先以图像中光条灰度为信号、锻件背景灰度为噪声的图像SNR模型，图像SNR 模型如下所示： (1) 其中，Gsl为光条灰度，Gbf为锻件背景灰度； 由CCD光电转换特性知，图像灰度G与CCD曝光量E，曝光时间t之间的关系表示为： G = a (Et) Y+Gb (2) 其中，a是CCD响应率，t是曝光时间，E是CCD单位时间受到的照度，Et为曝光量，γ 是光电转换系数，γ ~ 1，Gb是暗电流引起的图像灰度；对于高质量CCD而言，a(tE) γ远大 于Gb; 理论SNR公式表述为：
其中，Esl相机接收光条的总照度，Ebf是相机接收锻件背景的总照度；E1(P)是相机接收 锻件表面激光反射光的照度，Ef (T)相机接收高温锻件自身辐射照度，Ea相机接收锻件表面 反射环境光的照度； 步骤2 :高温锻件自身辐射光照度Ef (T)表示为：
其中，Mtl(A1T)是普朗克黑体辐射公式，λ为波长，T为开尔文温度，ε锻件表面发射 率，ds是锻件表面上任一微面，Θ是ds法矢与相机光轴的夹角，need(;〇SC⑶光谱响应 特性，μ (λ)为滤光片光谱透过率，Dci是锻件发射总立体角，d是锻件到相机之间的距离， ( λη?η，XmiJ是滤波片通带范围； 步骤3 :锻件表面激光反射光照度E1 (P)表述为：
其中，ε是锻件表面发射率，P是激光功率，ds是锻件表面上任一微面，Θ是ds法矢 与相机光轴的夹角，Q1锻件表面法矢与激光入射方向的夹角，η ^(λ)为激光波长为λ时 CCD感光响应值，μ (λ)为激光波长为λ时滤光片透过率，d2是激光与锻件之间的距离，Ω Q 是锻件发射总立体角，d是锻件到相机之间的距离； 步骤4 :锻件表面环境反射光照度Ea表述为：
(6) 其中，E是透过滤光片环境光的照度，ε锻件表面发射率，Θ是ds法矢与相机光轴的 夹角，n ⑶光谱响应系数，Ω ^是锻件发射总立体角，d是锻件到相机之间的距离； 步骤5 :基于可调光强的图像SNR实时补偿方法的补偿公式如下： E1(P)mil^(SNR0nin)-Ih(MTHEa) (7) 其中，SNR(min)为满足测量要求的最小信噪比，E1(P)min为最小激光反射光照度，E f (T)为 锻件辐射照度，匕为环境光照度； 因 E1 Wmin是P的正比例函数，且比例系数大于0,因此不同温度下激光器功率补偿参 数表示为： Pfflin^a- (SNRifflirf-I) - (Ef(T)+Ea) (8) 上式中Pmin为满足SNR (min)S求的最小激光器输出功率，
为实验相关参数，视实验现场情况决定；因此公式8简化为： Pmin> K1Ef ⑴+K2 (9) 其中，Pmin为满足SNR (min)S求的最小激光器输出功率， K1= a · (SNR (min)-l)，K2= a · (SNR (min)-l) · EA补偿模型的两个补偿系数，E f (T)为 锻件辐射照度，是随温度变化的变量； 通过上述步骤实现高温物体图像质量的实时修正，从而实现不同温度下高温物体图像 的清晰获取。
【专利摘要】本发明高温物体测量中图像质量补偿方法属于高温物体测量领域，特别涉及视觉测量高温物体时图像质量实时补偿的方法。补偿方法使用可调光强激光器照射待测高温物体表面，高温物体表面反射的激光与高温物体辐射强光经滤光片过滤后，实现大多数高温物体辐射强光的有效滤除；剩余部分高温物体辐射强光与高温物体反射激光使相机成像。根据不同温度下滤光片通带内辐射光的光强变化趋势，实时调整激光器输出光强使其与辐射光光强变化趋势相匹配，最终实现大温度梯度内高温物体特征光条清晰成像。补偿方法通过建立的补偿模型实时调整辅助激光器补偿参数，实现高温物体图像质量的实时修正，从而实现不同温度下高温物体图像的清晰获取。
【IPC分类】G01B11-00, H04N5-235, G06T5-00
【公开号】CN104748678
【申请号】CN201510100946
【发明人】贾振元, 刘巍, 刘阳, 王灵丽, 杨景豪, 樊超楠
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月8日