[发明专利]一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法

说明书

本发明公开一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法，包括通过两台相机采集标准球的标准球图像，根据采集到的标准球图像计算出两个相机图像的单个像元各自对应的实际尺寸；利用两台相机以规定的夹角同步采集液滴的图像，获得液滴的两个图像；建立液滴的椭球体二次曲面方程，对两个图像分别检测边缘轮廓线，建立边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；引入规定的夹角，根据两个椭圆轮廓线方程与椭球体二次曲面方程之间各参数的关系构建方程组；求解方程组，计算出液滴的各个半轴的长度；根据各个半轴的长度求出液滴的体积。

技术领域

本发明涉及无容器方法下的液态样品图像处理领域，具体涉及一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法。

背景技术

空间材料科学作为空间科学与应用领域中的重要分支，是传统的材料科学向空间环境下的延伸，是发展材料科学新理论、探索材料制备工艺和拓展材料应用新领域中最活跃的前沿性交叉学科之一。空间具有微重力、超真空、无容器和强辐射等特殊效应，是研究材料熔融、凝固等的理想试验条件。但是，人们迄今所能利用的空间资源仍然十分有限。因此，模拟空间环境中各种效应的地面方法应用而生。悬浮技术就是其中之一，它可以模拟空间环境中的无容器状态。在悬浮技术中，通过对悬浮液滴进行密度测量是使材料获得液态材料密度数据最有效的途径。在密度测量中，受到液滴自身表面张力的作用，无容器状态下的液态样品收缩成球形，因此通过相机拍摄样品图像，求得样品直径进而可以求得样品体积，最终结合样品质量测量结果，求得样品密度。

但样品在悬浮过程中，由于受到悬浮力、激光光压等作用力不均匀的影响，样品不可避免地会发生旋转。而在旋转作用下液态样品受到离心力的影响，样品形貌由球形变为椭球形，而且由于样品表面为光滑表面，无法判断椭球悬浮姿态，难以通过传统的双相机视觉法获取图像的三维信息进而求得样品体积，而使得通过椭球样品图像求取密度的准确性受到影响。

发明内容

发明要解决的问题：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能改善无容器技术中测量精度的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法。

解决问题的技术手段：

本发明提供一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法，包括以下步骤：

1)通过两台相机采集标准球的标准球图像，根据采集到的所述标准球图像计算出两个相机图像的单个像元各自对应的实际尺寸；

2)利用所述两台相机以规定的夹角同步采集液滴的图像，获得所述液滴的两个图像；

3)建立所述液滴的椭球体二次曲面方程，对所述两个图像分别检测边缘轮廓线，建立所述边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；

4)引入所述规定的夹角，根据两个所述椭圆轮廓线方程与所述椭球体二次曲面方程之间各参数的关系构建方程组；

5)求解所述方程组，计算出所述液滴的各个半轴的长度；

6)根据所述各个半轴的长度求出所述液滴的体积。

根据本发明，利用两台相机同步采集呈旋转椭球体形状的液滴的图像，并根据两个图像建立轮廓线方程组，求解方程组得到液滴的长短轴进而求出液滴体积，由此即使是光滑表面且难以判断旋转轴的熔融态悬浮液滴也能精确地获取三维信息，从而高精度地计算出液滴体积。

也可以是，本发明中，所述步骤3)包括：利用对称正定矩阵构建所述液滴的椭球体二次曲面方程；使用阈值法对每个所述图像做二值化处理，通过边缘检测算法检测每个所述图像的边缘轮廓线，构建每个边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；将每个所述图像都视为各自y-z平面上的图像，提取每个所述边缘轮廓线上各点的坐标集合；采用最小二乘法得到每个所述椭圆轮廓线方程中各个参数的估算值。