[发明专利]一种基于多台激光辅助靶标的特征点提取方法

权利要求书

1.一种基于多台激光辅助靶标的特征点提取方法，其特征是，该方法采用非接触多台激光器构成的激光器阵列投影激光光条构造拼接靶标，靶标中，将激光网格的各个交点作为拼接的特征点，利用高精度靶标特征点提取算法提取靶标坐标位置；首先通过腐蚀操作获得特征点的初始位置，然后利用初始位置确定感兴趣区域，最后在鉴别出的感兴趣区域内，采用迭代重加权最小二乘法技术，利用发明的激光光条模型以固定间隔提取横纵光条上多个点的坐标，得到横纵光条的两条拟合曲线，以其交点作为特征点的精确位置；提取方法的具体步骤如下：

步骤1：基于激光辅助靶标设计

本发明采用多台线激光器构成激光器阵列，将激光光条投射到被测物的表面，构造出一个激光网格作为激光辅助靶标，之后拍摄靶标图像；为保证激光光条提取的鲁棒性，通过调节摄像机曝光参数得到局部过曝的激光光条图像，激光光条间距通过改变激光器的位置进行灵活调整；激光辅助靶标形成的各个网格交点作为拼接的特征点；

步骤2：激光光条模型

针对步骤1中投射的激光光条，建立一种激光光条模型：

$f\left(u\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{i}sin(b_{i}u+c_i)---\left(1\right)$

其中，u是激光光条法向的像素坐标，n是项数，a_i,b_i,c_i是每一项的系数；激光光条模型对u求导后记作：

$\left\{\begin{array}{c}{f}^{\′}\left(u\right)=\frac{df}{du}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i{b}_i\cos (b_{i}u+c_i)\\ f^{\′\′}\left(u\right)=\frac{d^{2}f}{{\mathrm{du}}^2}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}-a_i{b_i}^2\cos (b_{i}u+c_i)\end{array}\right.---\left(2\right)$

根据激光光条截面方向的灰度分布，将光条饱和区域的局部极值定义为光条的中心点；

步骤3：特征点初始位置与感兴趣区域的确定

将步骤1得到的靶标图像采用中值滤波对图像进行预处理，预处理后的图像不仅去除图像脉冲噪声，而且保留有用的细节信息；对图像进行二值化处理和腐蚀操作，合理设置腐蚀操作阈值，获取各个网格交点孤立的连通区域，以连通区域的灰度中心作为特征点的初始位置其中，i，j分别指特征点在激光网格中的行数和列数，i＝1,2…5，j＝1,2…5，u_ij和v_ij分别指对应的各个初始位置在图像中u轴和v轴的像素坐标；

感兴趣区域是以特征点初始位置为圆心，r_ROI为像素半径的圆形区域；在激光网格图像中快速获取特征点的粗略位置，并鉴别出感兴趣区域能够有效减小搜索区域，提高特征点提取效率；

步骤4：确定特征点精确坐标

在步骤3鉴别出的感兴趣区域中，激光光条中心点根据步骤2提出的激光光条模型计算；竖直方向的激光光条，v代表具有固定像素间隔d的搜索位置，为匹配光条信息，每根光条提取10个中心坐标；在感兴趣区域采用相同的v轴v_k，通过扫描得到一系列剖面上的激光光条数据，这些原始数据用激光光条模型来匹配，则得到包含所有中心点的点集V＝{V_k(x_k,v_k)}，其中，(x_k,v_k)即是第k个固定v轴v_k的中心点，k＝1,2…10；同样得到水平光条的中心点集U＝{U_k(u_k,y_k)}，其中，(u_k,y_k)即是第k个固定u轴u_k的中心点，k＝1,2…10；

分别利用竖直、水平方向的激光光条中心点集拟合曲线，以两激光光条拟合曲线的交点作为特征点的精确坐标；采用基于迭代重加权最小二乘法技术，将特征点精确位置p(i,j)定义为两条拟合激光直线的交点，其中i＝1,2…5，j＝1,2…5；同样，投影靶标上各个特征点的精确位置都能得到。