CN102222224A - 一种无色差立体标识字符图像采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无色差立体标识字符图像采集方法,步骤如下:(1)图像采集:单线结构光激光器发射的光线照射到字符表面后,利用摄像机对图像进行采集,获得无色差立体标识字符同高度相关的畸变信息,然后直接将畸变信息转变为字符的灰度图像;(2)图像处理:a.利用直接二值化方法进行处理;b.对二值化图像进行细化处理;(3)将字符的畸变信息转换为字符的灰度;(4)将获得的所有结构光条畸变图像都转换为灰度图像,调整每张图的大小并进行叠加,得到整个字符的灰度图像。本发明利用结构光源和摄像机组成的三维数据获取装置,既不需要复杂的系统标定也不需要三维重建,系统结构简单,解决了无色差立体标识字符的高质量图像采集问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种无色差立体标识字符图像采集方法。
背景技术
无色差立体标识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是几个无色差立体字符的应用实例。这些标识信息是实现企业信息化的基础数据源,对其进行自动、快速识别是众多企业亟待解决的问题。由于这类字符靠反光差来成像,造成字符与背景同颜色,所以,利用现有的图像获取技术,得到的字符图像与背景图像的灰度差很小,且不均匀,给字符识别带来很大困难。另外,由于字符大多数都很小(一般小于4X4mm),高度很低(低于0.5mm),并且立体字符多制作在钢材、铝材等高反射材料的表面,所以使一般方法获得的字符效果不很理想。
发明内容
针对上述现有技术,本发明提供了一种无色差立体标识字符图像采集方法,通过该方法可以获得无色差立体字符的灰度图像,可直接用于立体字符的识别。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种无色差立体标识字符图像采集方法,步骤如下:
(1)图像采集:单线结构光激光器(其可以投射单线结构光线,结构光线宽100um左右)发射的单线结构光线照射到字符表面后,利用摄像机对图像进行采集,获得无色差立体标识字符同高度相关的畸变信息,然后直接将畸变信息转变为字符的灰度图像;
图像采集的原理为:图像采集原理如图2所示,部件1为单线结构光激光器,它可以投射出单线结构光线(部件5);部件2是摄像机,它的图像采集方向和激光器的入射方向成一定角度。当激光器投射出的结构光线照射到立体字符(部件3)表面后,结构光受到立体字符凸起表面的调制,结构光光条在高度不同的部位产生畸变和移位,通过摄像机捕获这些畸变的结构光图像,并通过算法将畸变信息转化为字符的灰度信息。部件6是移动机构,它可以带动立体字符在图示x方向移动,每移动一定位移Δl后采集一张图像,每次移动的位移量可用下式来计算:Δl=H/k,其中:H是被测字符的高度,k为常数值,一般取20左右。然后将这多张图像进行叠加、组合,就可以得到无色差立体字符的有色差图像,可以直接用于立体字符地识别。
研究表明,当结光入射角度和图像传感器主轴成90°时的检测误差最小;而从减少立体字符对光线的遮挡、增加可测范围方面来考虑,当结构光入射角度与被测表面夹角45°左右可以获得最大的测量范围,因此,确定的相关角度如下:单线结构光中心光束入射角度与直线OM的夹角α=45°,摄像机光轴Zi与直线OM夹角β=45°,其中直线OM为单线结构激光器镜头中心与摄像机镜头中心的连线,如图2所示。
(2)图像处理
获得字符的结构光图像后需要进行图像处理,具体过程如下:
a.利用直接二值化方法进行处理,二值化阈值设定范围为[0.05 0.25];
b.对二值化图像进行细化处理。处理方法为形态学方法:其中A是原始图像,B是结构元素图像,先将采用B对图像A膨胀,然后再采用B将膨胀的结果进行腐蚀,CLOSE(A,B)是处理结果。具体公式如下:
其中B为半径为5的圆形结构。
(3)将字符的畸变信息转换为字符的灰度
将获得的细化图像分别按先列后行的顺序读取并判断每一点的值,当出现第一个灰度不为零的点时,记录并存储该点所在的行(i)。然后针对图像进行灰度转化,即将中心线上每点的畸变量转化为该点的灰度值,具体算法如下:
其中,x,y分别时图像的行和列坐标;g(x,y)是灰度转换结果;a(x,y)是步骤(2)得到的细化图像;Δ(x,y)是位置坐标为(x,y)的像素点的畸变量;i是结构光条在图像中行。
(4)将获得的所有结构光条畸变图像都转换为灰度图像,调整每张图的大小并进行叠加,从而得到整个字符的的灰度图像。
该发明的特点:
1.该发明的无色差立体字符图像获取方法,可以将字符的高度信息转变为灰度信息;
2.该发明利用结构光源和摄像机组成的三维数据获取装置,既不需要复杂的系统标定也不需要三维重建,系统结构简单;
3.因为采用线结构光源,所以通过设置偏光片等,很容易消除反光对成像质量的影响;
4.该发明结构简单,数据处理量小,快捷、方便,易于实现产业化;
5.可以解决无色差立体标识字符的高质量图像采集问题。
附图说明
图1:无色差立体字符的应用实例,其中,(a)动车组连杆部件;(b)钢材标牌;(c)轮胎。
图2:立体字符图像采集原理图,其中:1、单线结构激光器;2、摄像机;3、立体字符;4、字符载体;5、单线结构光线;6、移动机构。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1 一种无色差立体标识字符图像采集方法
步骤如下:
(1)图像采集:单线结构光激光器1(其可以投射单线结构光线,结构光线宽100um左右)发射的单线结构光线5照射到立体字符3(立体字符3置于字符载体4上)表面后,利用摄像机2对图像进行采集,获得无色差立体标识字符同高度相关的畸变信息,然后直接将畸变信息转变为字符的灰度图像;单线结构光中心光束入射角度与直线OM的夹角α=45°,摄像机光轴Zi与直线OM夹角β=45°,其中直线OM为单线结构激光器镜头中心与摄像机镜头中心的连线,如图2所示。
图像采集的原理为:图像采集原理如图2所示,1为单线结构光激光器,它可以投射出单线结构光线5;2是摄像机,它的图像采集方向和单线结构激光器1的入射方向成一定角度。当单线结构激光器1投射出的单线结构光线5照射到立体字符3表面后,单线结构光线5受到立体字符3凸起表面的调制,结构光光条在高度不同的部位产生畸变和移位,通过摄像机2捕获这些畸变的结构光图像,并通过算法将畸变信息转化为字符的灰度信息。6是移动机构,它可以带动立体字符3在图示x方向移动,每移动一定位移Δl后采集一张图像,每次移动的位移量可用下式来计算:Δl=H/k,其中:H是被测字符的高度,k为常数值,一般取20左右。然后将这多张图像进行叠加、组合,就可以得到无色差立体字符的有色差图像,可以直接用于立体字符地识别。
(2)图像处理
获得字符的结构光图像后需要进行图像处理,具体过程如下:
a.利用直接二值化方法进行处理,二值化阈值设定范围为[0.05 0.25];
b.对二值化图像进行细化处理。处理方法为形态学方法:其中A是原始图像,B是结构元素图像,先将采用B对图像A膨胀,然后再采用B将膨胀的结果进行腐蚀,CLOSE(A,B)是处理结果,具体公式如下:
其中B为半径为5的圆盘形结构。
(3)将字符的畸变信息转换为字符的灰度
将获得的细化图像分别按先列后行的顺序读取并判断每一点的值,当出现第一个灰度不为零的点时,记录并存储该点所在的行(i)。然后针对图像进行灰度转化,即将中心线上每点的畸变量转化为该点的灰度值,具体算法如下:
其中,x,y分别时图像的行和列坐标;g(x,y)是灰度转换结果;a(x,y)是步骤(2)得到的细化图像;Δ(x,y)是位置坐标为(x,y)的像素点的畸变量;i是结构光条在图像中所在的行。
(4)将获得的所有结构光条畸变图像都转换为灰度图像,调整每张图的大小并进行叠加,从而得到整个字符的的灰度图像。
所要采集的无色差立体字符图像如图3所示。
采用步骤(1)所示的步骤得到的其中一幅字符图像如图4所示。
参数:见图2。α=45°;β=45°;OM=19.5cm,
采用步骤(2)的二值化方法得到的二值化图像如图5所示。
参数:二值化阈值门限θ=0.1;
采用步骤(2)的细化方法得到的细化图像如图6所示。
参数:结构元素B为半径为5的圆盘形结构。
采用步骤(3)方法将图像6的畸变信息转化为灰度信息如图7所示。
参数:具体参数见步骤(3)公式。
采用步骤(4)方法将20幅在不同位置获得的畸灰度图像叠加后图像如图8所示。
Claims (2)
1.一种无色差立体标识字符图像采集方法,其特征在于,步骤如下:
(1)图像采集:单线结构光激光器发射的单线结构光线照射到字符表面后,利用摄像机对图像进行采集,获得无色差立体标识字符同高度相关的畸变信息,然后直接将畸变信息转变为字符的灰度图像;
(2)图像处理:
a.利用直接二值化方法进行处理,二值化阈值设定范围为[0.05 0.25];
b.对二值化图像进行细化处理:处理方法为形态学方法:其中A是原始图像,B是结构元素图像,先将采用B对图像A膨胀,然后再采用B将膨胀的结果进行腐蚀,CLOSE(A,B)是处理结果,具体公式如下:
(3)将字符的畸变信息转换为字符的灰度:将获得的细化图像分别按先列后行的顺序读取并判断每一点的值,当出现第一个灰度不为零的点时,记录并存储该点所在的行i,然后针对图像进行灰度转化,即将中心线上每点的畸变量转化为该点的灰度值,具体算法如下:
其中,x,y分别时图像的行和列坐标;g(x,y)是灰度转换结果;a(x,y)是步骤(2)得到的细化图像;Δ(x,y)是位置坐标为(x,y)的像素点的畸变量;i是结构光条在图像中所在的行;
(4)将获得的所有结构光条畸变图像都转换为灰度图像,调整每张图的大小并进行叠加,从而得到整个字符的灰度图像。
2.根据权利要求1所述的一种无色差立体标识字符图像采集方法,其特征在于:所述步骤(1)中,单线结构光线中心光束入射角度与直线OM的夹角α=45°,摄像机光轴Zi与直线OM的夹角β=45°,直线OM为单线结构激光器镜头中心与摄像机镜头中心的连线。
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