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基于法线引导的激光中心线提取方法

刘天赐 刘桂华 胡莉 黄会明

刘天赐, 刘桂华, 胡莉, 黄会明. 基于法线引导的激光中心线提取方法[J]. 应用光学, 2023, 44(1): 211-218. doi: 10.5768/JAO202344.0107003
引用本文: 刘天赐, 刘桂华, 胡莉, 黄会明. 基于法线引导的激光中心线提取方法[J]. 应用光学, 2023, 44(1): 211-218. doi: 10.5768/JAO202344.0107003
LIU Tianci, LIU Guihua, HU Li, HUANG Huiming. Laser center-line extraction method based on normal guidance[J]. Journal of Applied Optics, 2023, 44(1): 211-218. doi: 10.5768/JAO202344.0107003
Citation: LIU Tianci, LIU Guihua, HU Li, HUANG Huiming. Laser center-line extraction method based on normal guidance[J]. Journal of Applied Optics, 2023, 44(1): 211-218. doi: 10.5768/JAO202344.0107003

基于法线引导的激光中心线提取方法

doi: 10.5768/JAO202344.0107003
基金项目: 四川省科技厅重点研发项目(2021YFG0380);四川省卫生和计划生育科研课题(17PJ207)
详细信息
    作者简介:

    刘天赐(1997—),男,硕士研究生,主要从事三维重建、图像处理方面的研究。E-mail:1057568474@qq.com

    通讯作者:

    刘桂华(1972—),女,博士,教授,主要从事图像处理、机器学习方面的研究。E-mail:564879375@qq.com

  • 中图分类号: TN209;TP391

Laser center-line extraction method based on normal guidance

  • 摘要: 在线结构光三维测量系统中,高精度激光条纹中心线提取是提高测量精度的关键。针对现有激光中心线存在提取精度不高、保留细节差等问题,提出了一种基于法线引导的激光中心线提取算法。该算法具体实现步骤为:首先,对图像进行预处理,结合边缘检测和几何中心法对激光线初步提取;然后,用主成分分析法( principal component analysis,PCA)求取其法线,在激光中心点处划分角度八邻域,通过法线角度引导搜寻有效点集;最后,利用灰度重心法对点集进行亚像素提取。实验结果表明:该算法均方根误差与灰度重心法相比提高了0.2339 像素,比Steger算法、方向模板法更好地保留了光条细节,可以更精确地提取光条中心,达到亚像素级的精度。
  • 图  1  修补断线过程示意图

    Fig.  1  Schematic diagram of repairing broken wires

    图  2  几何中心法求取中心线

    Fig.  2  Center line obtained by geometric center method

    图  3  法线方向示意图

    Fig.  3  Schematic diagram of normal direction

    图  4  激光条纹灰度分布特性曲线图

    Fig.  4  Curves of gray distribution properties of laser stripes

    图  5  8角度划分以及寻找有效点示意图

    Fig.  5  Schematic diagram of eight-angle division and searching for effective points

    图  6  有效点集示意图

    Fig.  6  Schematic diagram of effective point set

    图  7  激光原图及算法提取效果对比图

    Fig.  7  Comparison of original laser image and extraction effect of algorithm

    图  8  各种算法提取效果图

    Fig.  8  Effect diagram extracted by various algorithms

    图  9  激光线提取示意图

    Fig.  9  Schematic diagram of laser line extraction

    表  1  光条中心提取结果及拟合直线偏离误差

    Table  1  Extraction results of light strip center and deviation error of fitting straight line

    激光编号拟合方法拟合直线像素平均偏差/像素
    Steger算法y=0.340 6x+225.068 20.251 73
    灰度重心法y=0.340 2x+223.746 30.089 17
    本文算法y=0.340 2x+223.757 70.057 77
    Steger算法y=0.340 6x+256.920 60.258 59
    灰度重心法y=0.340 3x+255.531 30.096 13
    本文算法y=0.340 4x+255.543 90.060 73
    Steger算法y=0.341 4x+384.114 80.284 14
    灰度重心法y=0.341 0x+382.974 80.091 04
    本文算法y=0.340 9x+383.008 00.055 32
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    表  2  各种算法的均方根误差

    Table  2  Root mean square error of various algorithms

    提取方法RMSE/像素
    方向模板法0.351 2
    Steger算法0.355 3
    灰度重心法0.595 9
    文献[13]0.389 2
    本文算法0.362 0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-30
  • 修回日期:  2022-05-25
  • 网络出版日期:  2022-08-04
  • 刊出日期:  2023-01-17

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