一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，包括：图像采集：通过激光扫描振镜将单线激光器发射的激光光条分时反射到立体字符表面，再用相机采集畸变的光条图像，对畸变的光条图像进行叠加，得到包含立体字符拓扑结构的光栅图像；对得到的光栅图像基于傅里叶变换进行相位提取；对提取的相位对其进行相位展开，得到立体字符的绝对相位，然后再对背景进行背景的绝对相位计算，根据立体字符的绝对相位及背景的绝对相位得到立体字符的相对相位，以相对相位代替字符的灰度值，重建得到立体字符的灰度图像。本方法同现有的方法相比，其稳定性更高，且提取过程更简单，效率更高，更易于实现工程应用。
【专利说明】一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法。
【背景技术】
[0002] 无色差立体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是一个无 色差立体字符应用实例，图中框线内为无色差立体字符。
[0003] 由于字符与背景同颜色，直接用相机采集字符图像效果不理想，字符识别效果差， 为此，专利：ZL 2011 1 0168304. 5 (-种无色差立体标识字符图像采集方法）和专利：ZL 2012 10214363.6(-种基于扫描振镜的立体字符图像采集及处理方法）分别采用一维移 动平台和扫描振镜进行激光线扫描，得到受字符高度调制的畸变光条图像（如图2所示）； 然后，采用以下类似步骤进行处理：采集畸变光条图像一畸变光条图像去噪一光条图像中 心线提取一畸变量-灰度变换，从而得到无色差字符的有色差图像。尽管这些方法在无色 差立体字符的图像采集上得到了较好效果，但是也存在以下不足：
[0004] 1.对线激光反射不均，或有污点、凹坑等的被测表面，采集的畸变光条灰度不均 匀，造成中心线提取困难，或中心线出现断裂、局部有多条中心线等情况发生，从而无法进 行后续的畸变量-灰度变换，使字符图像采集效果不理想；
[0005] 2.环境变化时，如由于被测表面材料不同而造成的反射率变化，或背景光强变化 以及相机参数变化时，得到的畸变光条图像质量不稳定，而光条中心线提取算法对畸变光 条图像质量非常敏感，所以，现有的图像处理方法在实际工程应用中不太稳定；
[0006] 3.采集一行字符图像需要对多幅光条图像进行处理，算法复杂，计算量大。
【发明内容】
[0007] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于相位提取的无色差立体字符 图像处理方法，本发明不对畸变光条图像进行中心线提取，而是，首先，直接将畸变光条图 像进行叠加，获得包含立体字符拓扑结构的光栅图像；然后，直接对光栅图像进行基于傅里 叶相位变换的相位提取；再计算绝对相位和相对相位，最终得到立体字符的灰度图像。本方 法同现有的方法相比，其稳定性更高，且提取过程更简单，效率更高，更易于实现工程应用。
[0008] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0009] 一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤一：图像采集：通过激光扫描振镜将单线激光器发射的激光光条分时反射到 立体字符表面，再用相机采集畸变的光条图像；
[0011] 步骤二：对畸变的光条图像进行叠加，得到包含立体字符拓扑结构的光栅图像；
[0012] 步骤三：对步骤二中得到的光栅图像基于傅里叶变换进行相位提取；
[0013] 步骤四：对步骤三提取的相位对其进行相位展开，得到立体字符的绝对相位，然后 再对背景进行绝对相位计算，根据立体字符的绝对相位及背景的绝对相位得到立体字符的 相对相位，以相对相位代替字符的灰度值，重建得到立体字符的灰度图像。
[0014] 所述畸变的光条图像具有相同的行数和列数。
[0015] 所述步骤二中的叠加公式为：
[0016]
【权利要求】
1. 一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征是，包括以下步骤： 步骤一：图像采集：通过激光扫描振镜将单线激光器发射的激光光条分时反射到立体 字符表面，再用相机采集畸变的光条图像； 步骤二：对畸变的光条图像进行叠加，得到包含立体字符拓扑结构的光栅图像； 步骤三：对步骤二中得到的光栅图像基于傅里叶变换进行相位提取； 步骤四：对步骤三提取的相位对其进行相位展开，得到立体字符的绝对相位，然后再对 背景进行绝对相位计算，根据立体字符的绝对相位及背景的绝对相位得到立体字符的相对 相位，以相对相位代替字符的灰度值，重建得到立体字符的灰度图像。
2. 如权利要求1所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述步骤二中的叠加公式为：
⑴ 上式中，I (X，y)是光栅图像；(X，y)是图像像素的坐标；V (X，y)是第i幅畸变光条 图像，Ai(x.y)是与第i幅畸变光条图像对应的间隙图像，其所有像素灰度值为〇,并且所 有η个间隙图像大小相等，Δ^χ. y)与1/ (X，y)具有相同的列数；η是组成一幅光栅图像 需要的畸变光条图像数量。
3. 如权利要求1所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述步骤三中基于傅里叶变换进行相位提取，包括： (3-1)对光栅图像沿着行方向进行傅里叶变换得到傅里叶变换后的傅里叶谱； (3-2)矩形滤波器H(u，v)对步骤（3-1)得到的傅里叶谱进行滤波； (3-3)对滤波后频谱进行频谱中心平移，然后再进行傅里叶逆变换得到一个复数光 场； (3-4)根据傅里叶逆变换后复光场的虚部和实部计算光栅图像的相位分布。
4. 如权利要求3所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述步骤（3-1)中对光栅图像沿着行方向进行傅里叶变换，公式为： H(u, y) = fft_x(I (x, y)) (2) 式中，fft_x〇是在x方向的傅里叶变换运算；H(u，y)是傅里叶变换后的频率分布。
5. 如权利要求3所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述步骤（3-2)中矩形滤波器H(u，v)为：
式中，fu是X方向的频率
其中，P是光栅图像的栅距；R〇w_ num是光栅图像I (X，y)的行数。
6. 如权利要求3所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述步骤（3-3)中对滤波后频谱进行频谱中心平移，然后再进行傅里叶逆变换，具体 为： I; (x, y) = if ft (if f t_shif t (H (u, y) · H (u, v)) (4) 式中，ifftO表示傅里叶逆变换运算；ifft_shift()是频谱中心平移运算；傅里叶逆 变换结果Γ (X，y) = Rec (X，y) +i · Imc (X，y)是一个复数光场。
7. 如权利要求3所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述步骤（3-4)中光栅图像的相位计算公式为：
(5) 式中，是光栅图像的相位分布；Imc (xy)和Rec (xy)分别是上述傅里叶逆变换后 复光场的虚部和实部。
8. 如权利要求1所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述步骤四中立体字符的绝对相位求解具体方法为： a. 对光栅图像的相位分布>(二J)逐列沿着行方向搜索阶跃值大于等于±2 π的阶跃 点，对于小于±2π的点标记为〇,得到与#x,j)对应的阶跃图像δ (x，y); b. 对阶跃图像δ (x，y)逐列沿着行方向（χ方向）进行逐行累积，然后将，(x.M与 S (x，y)的逐行累积结果求和，即：
(5-1) 式中，Θ (x，y)是M.U)相位展开后的相位分布，称为绝对相位；cum_sumx()是在X方 向的逐行累加操作。
9. 如权利要求1所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述步骤四中背景的绝对相位计算具体方法为： a. 构建背景的单列相位分布 vec_m = linespace (mean ( Θ (l,y),mean(0 (m, y),m)) (6) 式中，vec_m是m维向量，是背景的单列相位分布；mean( Θ (1, y))和mean( Θ (m, y))分 别是Θ (x，y)的第1行和第m行的均值；linespace ()是线性插值操作； b. 扩展单列为背景相位分布矩阵 以向量vec_m为列向量，构建η列相同的mXn矩阵： Θ ' (x, y) = repmat (vec_m, 1, η) (7) 式中，RprnatO是向量复制运算；θ ' (χ，y)是背景的绝对相位分布。
10. 如权利要求1所述的一种基于相位提取的无色差立体字符图像处理方法，其特征 是，所述立体字符的相对相位计算公式为： Δ θ (χ, y) = abs ( θ (χ, y) - θ ; (χ, y) ) (8) 其中，abs〇是取绝对值运算；θ (Χ，y)和θ ' (Χ，y)分别是立体字符的绝对相位和背 景的绝对相位； 所述重建得到立体字符的灰度图像的方法是：以相对相位代替字符的灰度值，重建得 到立体字符的灰度图像，即： G(x,y) = Θ ^ (x, y) (9) 式中，G(x，y)是图像的灰度值矩阵。
【文档编号】G06K9/32GK104156716SQ201410403439
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】李学勇, 路长厚 申请人:山东大学