[发明专利]一种适用于K-TIG焊超强弧光场景的高动态图像融合方法

说明书

本发明公开了一种适用于K‑TIG焊超强弧光场景的高动态图像融合方法，将普通工业相机采集到的锁孔TIG焊焊接状态低动态范围图像(LDR)序列进行融合，生成能够同时获取熔池、锁孔、电弧以及焊缝信息的高动态范围(HDR)图像，过程如下：利用自动曝光方法得到一定数量的合适曝光时间集，并输入工业相机采集LDR图像序列{A}；利用整体曝光量比值方法计算图像序列{A}中较大曝光时间所采集图像与最低曝光时间所采集图像的整体曝光量比值序列{B}；利用HDR融合方法根据整体曝光量比值序列{B}计算图像序列{A}中各图像相对亮度值，通过加权平均得到焊接状态的HDR图像C；利用色调重映射方法将图像C压缩至8位图像。

技术领域

本发明涉及焊接监测和图像处理技术领域，具体涉及一种适用于K-TIG焊超强弧光场景的高动态图像融合方法。

背景技术

锁孔深熔TIG焊(K-TIG焊)是一种在焊接过程中利用锁孔(keyhole)效应实现大熔深的新型高效焊接方法，可以实现不开坡口一道焊透、单面焊双面成型并且双面焊缝成形好，焊接质量高，在中厚板材的焊接场景中有着很大的应用前景。K-TIG焊主要的缺陷为未焊透或过熔透，且K-TIG焊比较稳定，没有飞溅，但由于焊接过程弧光亮度非常高，相对地，熔池以及母材亮度较低，这阻碍了窄动态范围的普通工业相机在K-TIG焊监测方面的高效使用。其中，动态范围是指图像或相机能够保留场景亮度信息的能力。此外，确保焊枪紧跟焊缝中线的焊缝跟踪技术需要同时获取锁孔入口和母材焊缝的信息。虽然窄动态范围的普通工业相机无法同时获取弧光、锁孔、熔池以及焊缝信息，但其存在价格低廉、体积小利于安装的优势，相对于市面的高动态工业相机，普通工业相机的价格低于其1/10。

发明专利CN108668093A公开了一种HDR图像的生成方法及装置，其主要通过将低曝光和高曝光的图像与中曝光的图像做比较，得到运动区域，以其获得更优化的权值以融合HDR图像。但其主要用于刚体运动的场景，不适用于K-TIG这种流体运动的场景。

发明专利CN108629739B公开了一种HDR图像的生成方法、装置及移动终端。其主要使用拉普拉斯金字塔对以获取的图像进行融合，并以此结果调整权值系数。该发明没有对需要融合的序列进行优化，且对于K-TIG焊超广的亮度范围无法较完美融合，会产生较大的鬼影缺陷。

发明专利CN106162131A公开了一种实时图像处理方法，使用在现场可编程门阵列(FPGA)实现了优化后的HDR技术，其速度较快，但需要重新制造相机，且简单以因子2倍增曝光时间以获取低动态图像序列，对于K-TIG焊这种高频变化的场景效果较差。

为了克服K-TIG焊过程中强光的干扰，实现K-TIG焊实时监测，弥补目前的普通工业相机动态范围较窄，无法直接获取电弧、熔池以及母材的信息的缺点。目前亟需设计一种能够提升普通工业相机的HDR融合图像方法及装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的低成本工业相机，由于动态范围低而无法同时观测K-TIG焊的电弧、熔池、锁孔以及焊缝的问题，提供一种适用于K-TIG焊超强弧光场景的高动态图像融合方法及装置。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种适用于K-TIG焊超强弧光场景的高动态图像融合方法，所述高动态图像融合方法包括以下步骤：

S1、通过工业相机拍摄K-TIG焊的焊接场景图像，使用随机搜索方法搜寻焊接场景图像中第一帧的合适曝光时间，并根据直方图生成下一帧的合适曝光时间，直到生成3个曝光时间集，并将曝光时间集输入工业相机采集3张低动态范围图像序列{A}；

S2、将得到的图像序列{A}中最低曝光时间图像作为基准，通过掩膜的方式获取图像序列{A}中较高曝光时间图像相对于最低曝光时间图像的整体曝光量比值序列{B}；