专利名称：一种无色差立体标识字符图像采集方法
技术领域：
本发明涉及一种无色差立体标识字符图像采集方法。
背景技术：
无色差立体标识字符在工业生产和物流领域应用广泛，这类字符的突出特点是 “无色差”“立体”。字符与背景同颜色，但字符与背景的高度不同，属于立体字符。图1是几个无色差立体字符的应用实例。这些标识信息是实现企业信息化的基础数据源，对其进行自动、快速识别是众多企业亟待解决的问题。由于这类字符靠反光差来成像，造成字符与背景同颜色，所以，利用现有的图像获取技术，得到的字符图像与背景图像的灰度差很小， 且不均勻，给字符识别带来很大困难。另外，由于字符大多数都很小(一般小于4X4mm)，高度很低(低于0. 5mm)，并且立体字符多制作在钢材、铝材等高反射材料的表面，所以使一般方法获得的字符效果不很理想。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种无色差立体标识字符图像采集方法，通过该方法可以获得无色差立体字符的灰度图像，可直接用于立体字符的识别。本发明是通过以下技术方案实现的一种无色差立体标识字符图像采集方法，步骤如下(1)图像采集单线结构光激光器(其可以投射单线结构光线，结构光线宽IOOum 左右)发射的单线结构光线照射到字符表面后，利用摄像机对图像进行采集，获得无色差立体标识字符同高度相关的畸变信息，然后直接将畸变信息转变为字符的灰度图像；图像采集的原理为图像采集原理如图2所示，部件1为单线结构光激光器，它可以投射出单线结构光线(部件5)；部件2是摄像机，它的图像采集方向和激光器的入射方向成一定角度。当激光器投射出的结构光线照射到立体字符(部件3)表面后，结构光受到立体字符凸起表面的调制，结构光光条在高度不同的部位产生畸变和移位，通过摄像机捕获这些畸变的结构光图像，并通过算法将畸变信息转化为字符的灰度信息。部件6是移动机构，它可以带动立体字符在图示Χ方向移动，每移动一定位移Δ 1后采集一张图像，每次移动的位移量可用下式来计算Δ1 = H/k，其中H是被测字符的高度，k为常数值，一般取 20左右。然后将这多张图像进行叠加、组合，就可以得到无色差立体字符的有色差图像，可以直接用于立体字符地识别。研究表明，当结光入射角度和图像传感器主轴成90°时的检测误差最小；而从减少立体字符对光线的遮挡、增加可测范围方面来考虑，当结构光入射角度与被测表面夹角 45°左右可以获得最大的测量范围，因此，确定的相关角度如下单线结构光中心光束入射角度与直线OM的夹角α =45°，摄像机光轴Zi与直线OM夹角β =45°，其中直线OM 为单线结构激光器镜头中心与摄像机镜头中心的连线，如图2所示。(2)图像处理
获得字符的结构光图像后需要进行图像处理，具体过程如下a.利用直接二值化方法进行处理，二值化阈值设定范围为
；b.对二值化图像进行细化处理。处理方法为形态学方法其中A是原始图像，B是结构元素图像，先将采用B对图像A膨胀，然后再采用B将膨胀的结果进行腐蚀，CLOSE (A, B)是处理结果。具体公式如下CLOSE{A, ff) = A β =、A B) B其中B为半径为5的圆形结构。(3)将字符的畸变信息转换为字符的灰度将获得的细化图像分别按先列后行的顺序读取并判断每一点的值，当出现第一个灰度不为零的点时，记录并存储该点所在的行(i)。然后针对图像进行灰度转化，即将中心线上每点的畸变量转化为该点的灰度值，具体算法如下办,)=，,，.
少)+15 χ A(x, y\x = i其中，x，y分别时图像的行和列坐标；g(x，y)是灰度转换结果；a(x，y)是步骤(2) 得到的细化图像；Δ (x,y)是位置坐标为(x，y)的像素点的畸变量；i是结构光条在图像中行。(4)将获得的所有结构光条畸变图像都转换为灰度图像，调整每张图的大小并进行叠加，从而得到整个字符的的灰度图像。该发明的特点1.该发明的无色差立体字符图像获取方法，可以将字符的高度信息转变为灰度信息；2.该发明利用结构光源和摄像机组成的三维数据获取装置，既不需要复杂的系统标定也不需要三维重建，系统结构简单；3.因为采用线结构光源，所以通过设置偏光片等，很容易消除反光对成像质量的影响；4.该发明结构简单，数据处理量小，快捷、方便，易于实现产业化；5.可以解决无色差立体标识字符的高质量图像采集问题。
图1 无色差立体字符的应用实例，其中，(a)动车组连杆部件；(b)钢材标牌；(C) 轮胎。图2 立体字符图像采集原理图，其中1、单线结构激光器；2、摄像机；3、立体字符；4、字符载体；5、单线结构光线；6、移动机构。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的说明。实施例1 一种无色差立体标识字符图像采集方法步骤如下(1)图像采集单线结构光激光器1(其可以投射单线结构光线，结构光线宽IOOum左右)发射的单线结构光线5照射到立体字符3 (立体字符3置于字符载体4上)表面后， 利用摄像机2对图像进行采集，获得无色差立体标识字符同高度相关的畸变信息，然后直接将畸变信息转变为字符的灰度图像；单线结构光中心光束入射角度与直线OM的夹角α =45°，摄像机光轴Zi与直线OM夹角β =45°，其中直线OM为单线结构激光器镜头中心与摄像机镜头中心的连线，如图2所示。图像采集的原理为图像采集原理如图2所示，1为单线结构光激光器，它可以投射出单线结构光线5 ；2是摄像机，它的图像采集方向和单线结构激光器1的入射方向成一定角度。当单线结构激光器1投射出的单线结构光线5照射到立体字符3表面后，单线结构光线5受到立体字符3凸起表面的调制，结构光光条在高度不同的部位产生畸变和移位，通过摄像机2捕获这些畸变的结构光图像，并通过算法将畸变信息转化为字符的灰度信息。 6是移动机构，它可以带动立体字符3在图示χ方向移动，每移动一定位移△ 1后采集一张图像，每次移动的位移量可用下式来计算Δ1 = H/k，其中H是被测字符的高度，k为常数值，一般取20左右。然后将这多张图像进行叠加、组合，就可以得到无色差立体字符的有色差图像，可以直接用于立体字符地识别。(2)图像处理获得字符的结构光图像后需要进行图像处理，具体过程如下a.利用直接二值化方法进行处理，二值化阈值设定范围为
；b.对二值化图像进行细化处理。处理方法为形态学方法其中A是原始图像，B是结构元素图像，先将采用B对图像A膨胀，然后再采用B将膨胀的结果进行腐蚀，CLOSE (A, B)是处理结果，具体公式如下CLOSE{A, ff) = A β =、A B) B其中B为半径为5的圆盘形结构。(3)将字符的畸变信息转换为字符的灰度将获得的细化图像分别按先列后行的顺序读取并判断每一点的值，当出现第一个灰度不为零的点时，记录并存储该点所在的行(i)。然后针对图像进行灰度转化，即将中心线上每点的畸变量转化为该点的灰度值，具体算法如下拟力=，,，ι Λ,、.
少)+15 χ A(x, y\x = i其中，x，y分别时图像的行和列坐标；g(x，y)是灰度转换结果；a(x，y)是步骤(2) 得到的细化图像；Δ (x,y)是位置坐标为(x，y)的像素点的畸变量；i是结构光条在图像中所在的行。(4)将获得的所有结构光条畸变图像都转换为灰度图像，调整每张图的大小并进行叠加，从而得到整个字符的的灰度图像。所要采集的无色差立体字符图像如图3所示。采用步骤(1)所示的步骤得到的其中一幅字符图像如图4所示。参数见图2。α = 45° ； β =45° ；OM = 19. 5cm,采用步骤⑵的二值化方法得到的二值化图像如图5所示。参数二值化阈值门限θ = 0. 1 ；采用步骤⑵的细化方法得到的细化图像如图6所示。
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参数结构元素B为半径为5的圆盘形结构。采用步骤(3)方法将图像6的畸变信息转化为灰度信息如图7所示。参数具体参数见步骤(3)公式。采用步骤(4)方法将20幅在不同位置获得的畸灰度图像叠加后图像如图8所示。
权利要求
1.一种无色差立体标识字符图像采集方法，其特征在于，步骤如下(1)图像采集单线结构光激光器发射的单线结构光线照射到字符表面后，利用摄像机对图像进行采集，获得无色差立体标识字符同高度相关的畸变信息，然后直接将畸变信息转变为字符的灰度图像；(2)图像处理a.利用直接二值化方法进行处理，二值化阈值设定范围为W.05 0.25]；b.对二值化图像进行细化处理处理方法为形态学方法其中A是原始图像，B是结构元素图像，先将采用B对图像A膨胀，然后再采用B将膨胀的结果进行腐蚀，CLOSE (A，B)是处理结果，具体公式如下 (3)将字符的畸变信息转换为字符的灰度将获得的细化图像分别按先列后行的顺序读取并判断每一点的值，当出现第一个灰度不为零的点时，记录并存储该点所在的行i，然后针对图像进行灰度转化，即将中心线上每点的畸变量转化为该点的灰度值，具体算法如下 其中，x，y分别时图像的行和列坐标；g(x，y)是灰度转换结果；a(x，y)是步骤(2)得到的细化图像；Δ (x,y)是位置坐标为(x，y)的像素点的畸变量；i是结构光条在图像中所在的行；(4)将获得的所有结构光条畸变图像都转换为灰度图像，调整每张图的大小并进行叠加，从而得到整个字符的灰度图像。
2.根据权利要求1所述的一种无色差立体标识字符图像采集方法，其特征在于所述步骤(1)中，单线结构光线中心光束入射角度与直线OM的夹角α =45°，摄像机光轴Zi 与直线OM的夹角β =45°，直线OM为单线结构激光器镜头中心与摄像机镜头中心的连线。
全文摘要
本发明公开了一种无色差立体标识字符图像采集方法，步骤如下(1)图像采集单线结构光激光器发射的光线照射到字符表面后，利用摄像机对图像进行采集，获得无色差立体标识字符同高度相关的畸变信息，然后直接将畸变信息转变为字符的灰度图像；(2)图像处理a.利用直接二值化方法进行处理；b.对二值化图像进行细化处理；(3)将字符的畸变信息转换为字符的灰度；(4)将获得的所有结构光条畸变图像都转换为灰度图像，调整每张图的大小并进行叠加，得到整个字符的灰度图像。本发明利用结构光源和摄像机组成的三维数据获取装置，既不需要复杂的系统标定也不需要三维重建，系统结构简单，解决了无色差立体标识字符的高质量图像采集问题。
文档编号G06K9/38GK102222224SQ20111016830
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月18日 优先权日2011年6月18日
发明者李学勇, 肖如镜, 路长厚 申请人:山东大学