CN102393178A

CN102393178A - 一种薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置

Info

Publication number: CN102393178A
Application number: CN2011101686908A
Authority: CN
Inventors: 辛斌杰; 林兰天; 刘晓霞
Original assignee: Shanghai University of Engineering Science
Current assignee: Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明公开一种薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置，包括计算机、图像采集单元和箱体，在箱体内设一对镜面相互垂直的反射镜，分别为左反射镜和右反射镜；在左、右反射镜的镜面相交处设一夹持薄片型材料试样的试样夹板，该试样夹板所在的试样平面与左、右反射镜的镜面的夹角均为45度；在所述试样夹板的两侧对称设置一对准直光源，分别为左准直光源和右准直光源，使得所述试样夹板中的试样的两个表面得到对称均匀照射；所述试样夹板由左、右夹板组成，试样夹板设有空间对位约束特征点，左夹板上的对位约束特征点与右夹板的对位约束特征点之间存在仿射变换几何对应关系，用于试样的正反双侧图像之间的对位匹配。

Description

一种薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置

技术领域

本发明属于材料表面的计算机图像分析技术领域，特别涉及一种薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置。

背景技术

随着数字化技术的迅速发展，计算机视觉和人工智能在工程和材料加工领域中的应用日益广泛，特别是在材料检测和结构分析方面。针对材料的外观方面的测试分析，主要集中在表面纹理结构分析和颜色数字化分析两个方面。目前国内外常用的测量材料外观方面的仪器，主要是基于计算机图像采集、处理和分析技术，通过空间域、频率域和颜色分析来实现对材料表面的表征。

薄片型材料是材料检测领域中很常见的一类材料，纺织品、纸张、板材等均属于薄片型材料的范畴。由于薄片型材料的厚度，远远小于其长宽尺寸，因此用于薄片型材料的最简单的图像分析方法，通常都属于二维图像的处理与分析。

薄片型材料具有正反两个表面，两个表面都属于材料的外表面，但在空间分布上具有翻转对应关系。根据薄片型材料的表面纹理和颜色的分布特点，可将薄片型材料分为两大类：

1)材料的正反表面纹理与颜色之间存在约束(纺织品是典型的存在正反约束的薄片型材料)；

2)材料的正反表面纹理与颜色之间不存在约束，即完全独立。

如果薄片型材料的正反表面纹理与颜色之间完全独立，则此类材料的正反表面图像分析与测量，可分别进行，彼此不存在约束。然而，当材料的正反表面纹理与颜色之间存在约束关系时，则针对此类材料的表面图像分析应依据其约束关系进行融合式分析。

目前国内外常用的针对薄片型材料的表面图像分析方法都是基于单面分析，而针对存在正反约束的薄片型材料的表面图像分析方法的研究尚处于起步阶段。由于单面图像分析只能够表征一个表面的纹理颜色信息，不能适用于表征正反约束的薄片型材料的表面纹理颜色信息。以纺织品为例，纱线在织物的正面和反面交替出现，因此机织物正反表面之间存在共轭结构关系，包括其纹理结构和纱线颜色均存在约束关系。基于双面图像融合分析技术，可有效解决此类薄片型材料的外观分析问题。但是现有技术中，还没有一种适用于薄片型材料的双面纹理与颜色数字化分析的装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置，以解决存在正反约束的薄片型材料的表面图像分析缺乏相应装置的问题。

本发明的技术方案是，一种薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置，该装置包括计算机、图像采集单元和箱体，

在箱体内设一对镜面相互垂直的反射镜，分别为左反射镜和右反射镜；在左、右反射镜的镜面相交处设一夹持薄片型材料试样的试样夹板，该试样夹板所在的试样平面与左、右反射镜的镜面的夹角均为45度；在所述试样夹板的两侧对称设置一对准直光源，分别为左准直光源和右准直光源，使得所述试样夹板中的试样的两个表面得到对称均匀照射；所述试样夹板由左、右夹板组成，试样夹板设有空间对位约束特征点，左夹板上的对位约束特征点与右夹板的对位约束特征点之间存在仿射变换几何对应关系，用于通过图像采集单元获得的试样的正反双侧图像之间的对位匹配；

所述装置还包括一个成像单元，该成像单元的镜头轴心位于试样所在的平面，且正对设置所述试样夹板的左、右反射镜的镜面相交处，使得所述试样的两个表面在左右反射镜内的虚像可同时成像于所述成像单元，成像单元将在一幅图像中同时采集到的试样的两个表面的纹理与颜色信息经图像采集单元发送至计算机，分析计算获得所需的图像特征参数。

在所述的箱体内设有一对漫反射板，分别为左漫反射板和右漫反射板，其中左漫反射板与右反射镜平行，右漫反射板与左反射镜平行，左准直光源位于左漫反射板和左反射镜之间，右准直光源位于右漫反射板和右反射镜之间。

本发明针对薄片型材料的结构特点，提出一种更为有效地解决薄片型材料的双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置，可实现单个相机双面复合式纹理结构和颜色等外观特征的融合式和集成式测试和表征。

附图说明

图1是本发明装置的箱体内部正视图。

图2是本发明图1所示装置的箱体内部侧视图。

图3是本发明图1所示装置的组成原理的俯视示意图。

图4是本发明图1所示装置中试样夹板的正剖视图。

图5是本发明图1所示装置中试样夹板的侧视图

图6是本发明装置的数据处理流程示意图。

图7是本发明装置成像单元获取的试样的图像组成示意图。

其中，1——成像单元，

11——镜头，

21——左准直光源，

22——右准直光源，

31——左反射镜，

32——右反射镜，

4——试样夹板，

41——左夹板，

42——活栓，

43——右夹板，

44——薄片型材料试样，

45——对位约束特征点，

51——左漫反射板，

52——右漫反射板，

6——箱体，

71——左虚像，

72——右虚像，

8——图像采集单元，

9——计算机，

100——成像单元采集到的图像，

101——对位约束特征点45在图像100中的对应点，

102——试样左侧表面的虚像图像块，

103——试样右侧表面的虚像图像块，

104——试样夹板4的左侧虚像图像块，

105——试样夹板4的右侧虚像图像块。

具体实施方式

如图1，结合图2、3、4和5，以及图7，本发明的薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置，包括计算机9、图像采集单元8和箱体6。

在箱体6内设一对镜面相互垂直的反射镜，分别为左反射镜31和右反射镜32；在左、右反射镜的镜面相交处设一夹持薄片型材料试样44的试样夹板4，该试样夹板4所在的试样平面与左、右反射镜的镜面的夹角均为45度；在所述试样夹板4的两侧对称设置一对准直光源，分别为左准直光源21和右准直光源22，使得所述试样夹板4中的试样的两个表面得到对称均匀照射；所述试样夹板由左41、右夹板43组成，试样夹板4设有空间对位约束特征点45，左夹板41上的对位约束特征点与右夹板43的对位约束特征点之间存在仿射变换几何对应关系，用于通过图像采集单元8获得的试样的正反双侧图像之间的对位匹配；

该装置还包括一个成像单元1，该成像单元的镜头11轴心位于试样所在的平面，且正对设置所述试样夹板4的左、右反射镜31和32的镜面相交处，使得所述试样的两个表面在左右反射镜内的虚像104和105，可同时成像于所述成像单元1，成像单元将在一幅图像100中同时采集到的试样的两个表面的纹理与颜色信息经图像采集单元8发送至计算机9，分析计算获得所需的图像特征参数。

在箱体内设有一对漫反射板，分别为左漫反射板51和右漫反射板52，其中左漫反射板51与右反射镜32平行，右漫反射板52与左反射镜31平行，左准直光源21位于左漫反射板51和左反射镜31之间，右准直光源22位于右漫反射板52和右反射镜32之间。

图7中，成像单元采集到的图像100，包括试样夹板4的左侧虚像图像块104和试样夹板4的右侧虚像图像块105，左侧虚像图像块104包括对位约束特征点45在图像100中的对应点101和试样左侧表面的虚像图像块102，右侧虚像图像块105包括对应点101和试样右侧表面的虚像图像块103。

本发明的成像单元可以由CCD/CMOS相机和配置的镜头组成，其作用是实现对材料正反表面反射图像的数字化彩色图像采集；准直光源21和22位于试样夹板的两侧，与试样表面成一定角度，可对试样实施侧向照明；为保证两侧照明均匀，左右光源对称排列，距离试样两个表面的距离和角度相同。反射系统的构成主要包括：相互垂直且与试样平面成45度的一对反射镜片31和32，分别位于试样的两侧，可将试样纺织品的两个表面同时成像于镜头轴心位于试样平面内的CCD/CMOS相机阵面上。试样夹板由左右夹板组成，夹板上有空间对位约束特征点，左夹板上的对位约束特征点与右夹板的对位约束特征点之间存在几何对应关系，可用于后续的正反图像之间的对位匹配。图像采集单元8和计算机9与CCD/CMOS相机连接，将图像数字化后存储于计算机内，用于纹理与颜色的数字化分析。

图3中，系统复合成像的基本原理是：利用一对相互垂直且与试样平面成45度的反射镜片将薄片型材料的两个表面同时成像于镜头轴心位于试样平面内的CCD/CMOS相机阵面；在一幅图像中，同时采集到材料正反两个表面的纹理与颜色信息。

本发明的装置的工作流程，如图6所示：用试样夹固定试样，启动光源对试样进行正反两个表面的照明，相机初始化，采集试样的复合图像，对复合图像中的正反表面进行对位匹配、纹理分析和颜色测量，计算其特征参数，将结果输出。

本发明装置的测试方法为：通过两个构成一定角度且分别位于薄片型材料两侧对称放置的准直光源对薄片型材料的双面进行侧向照明，经过一对相互垂直且与试样平面成45度的反射镜片将薄片型材料的两个表面同时成像于镜头轴心位于试样平面内的CCD/CMOS相机阵面。相机将包含物体的正反两个表面子图像的复合图像输送到计算机，计算机经过图像处理和分析算法，实现对正面两个表面子图像的定位选取、对位匹配和纹理融合，并从纹理融合后的图像数据中提取纹理特征参数和颜色信息，用于薄片型材料的结构分析和特征测量。

Claims

1.一种薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置，该装置包括计算机、图像采集单元和箱体，其特征在于：

在箱体内设一对镜面相互垂直的反射镜，分别为左反射镜和右反射镜；

在左、右反射镜的镜面相交处设一夹持薄片型材料试样的试样夹板，该试样夹板所在的试样平面与左、右反射镜的镜面的夹角均为45度；

在所述试样夹板的两侧对称设置一对准直光源，分别为左准直光源和右准直光源，使得所述试样夹板中的试样的两个表面得到对称均匀照射；

所述试样夹板由左、右夹板组成，试样夹板设有空间对位约束特征点，左夹板上的对位约束特征点与右夹板的对位约束特征点之间存在仿射变换几何对应关系，用于通过图像采集单元获得的试样的正反双侧图像之间的对位匹配；

2.如权利要求1所述的薄片型材料双侧表面纹理与颜色的数字化成像和分析装置，其特征在于，在所述的箱体内设有一对漫反射板，分别为左漫反射板和右漫反射板，其中左漫反射板与右反射镜平行，右漫反射板与左反射镜平行，左准直光源位于左漫反射板和左反射镜之间，右准直光源位于右漫反射板和右反射镜之间。