CN116309079A - 一种动态图像采集拼接优化系统 - Google Patents

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CN116309079A CN202310518771.9A CN202310518771A CN116309079A CN 116309079 A CN116309079 A CN 116309079A CN 202310518771 A CN202310518771 A CN 202310518771A CN 116309079 A CN116309079 A CN 116309079A
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Abstract

本发明公开一种动态图像采集拼接优化系统，包括控制参数获取模块、运行参数分析模块、旋转参数训练模块、旋转进给分析模块、图像采集间隙分析模块和图像拼接传动补偿模块；本发明能够准确获得电机带动传动丝杠沿轴向上的移动距离与测量平台沿轴向上的移动距离间的差值，可精准获得控制测量平台移动过程中的干扰因素所造成的移动偏差，并通过对测量平台在S型转向调节时电机与测量平台间的旋转进给误差进行补偿，使得各图像采集间隔时长下所采集的相邻两图像的固定截取拼接区域完全相重叠，提高了相邻图像重叠拼接区域的光滑过渡，弱化两图像拼接处的分界线，弱化拼接后两图像的拼接痕迹，提高了图像拼接合成的效果。

Description

一种动态图像采集拼接优化系统
技术领域
本发明属于显微镜图像处理技术领域，涉及到一种动态图像采集拼接优化系统。
背景技术
因待测物体的精度要求，显微镜用放大倍率对待测物体进行多帧图像采集，对采集的图像根据设定的重叠区域进行拼接合成，以获得待测物体的全景二维图像，现有采集的多帧图像在进行合成时，测量平台在
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型转向调节时，会造成测量平台达到的机械位置不准，使得测量平台移动的位置与实际的位置不匹配，出现/>
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型转向后所采集的第一图像和第二图像间的重叠区域增大，导致相邻图像拼接合成时，无法获取重叠区域内的特征，导致重叠区域拼接精度差，拼接合成后的图像重叠区域处的分界明显，图像拼接合成效果差。
发明内容
本发明公开了一种动态图像采集拼接优化系统，解决了现有技术中存在的问题。
本发明在其一个应用方面中提供了一种动态图像采集拼接优化系统，包括控制参数获取模块、运行参数分析模块、旋转参数训练模块、旋转进给分析模块、图像采集间隙分析模块和图像拼接传动补偿模块；
控制参数获取模块用于获取电机启动速度、电机目标速度以及获取电机从启动速度到目标速度的过程中设定的单位时间段内的脉冲数量；
运行参数分析模块用于提取电机从启动速度到目标速度的过程中单位时间段内的脉冲数量以及单个脉冲所对应的电机旋转角度，并对单位时间段内的脉冲数量以及单个脉冲下的电机旋转角度进行分析，分析出单位时间段内电机旋转加速度；
旋转参数训练模块用于获取电机从启动速度到目标速度下的旋转加速度，并根据电机转动模型对单位时间段内的旋转加速度进行训练，并分析出电机达到目标速度的时间
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，同时，训练电机达到目标转速的过程中电机累计旋转量/>
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旋转进给分析模块用于获得电机从启动转速达到目标转速的过程中电机累计旋转量，采用旋转量转换模型对电机累计旋转量进行分析，分析出电机加速旋转进给量，并判断电机从启动速度到达到目标速度过程中的加速旋转进给量是否小于设定的相邻两图像间的采集间距，分析出测量平台进行
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型转向调节时第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量；
图像采集间隙分析模块从旋转进给分析模块中提取第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量，并获取测量平台进行
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型转向调节时第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量和测量平台实际移动距离进行分析，获得电机与测量平台间的旋转进给间隙差；
图像拼接传动补偿模块用于提取图像采集间隙分析模块分析出的测量平台在
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型转向调节时电机与测量平台间的旋转进给间隙差，根据旋转进给间隙差进行电机补偿运动时长分析，获得第一图像和第二图像采集间隔下电机运行补偿后的时长。
进一步地，获取电机从启动速度到目标速度加速过程中的脉冲数量以及单个脉冲对应的旋转角度，以获得电机旋转加速度，所述旋转加速度计算公式
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进一步地，对电机旋转加速度进行训练，训练电机从启动转速到目标转速所需的加速时间，具体训练方法：
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进一步地，所述动态图像采集拼接优化系统还包括图像拼接合成模块，图像拼接合成模块用于提取图像拼接传动补偿模块分析出的相邻图像采集间隔时长下所采集的图像，依次截取沿传动丝杠轴向方向上采集的相邻图像前、后端的固定截取拼接区域，并提取上一图像后端和下一图像前端的固定拼接区域内各像素点的灰度值，分析同一像素点在相邻两图像的固定截取拼接区域内的权重，根据上一图像后端和下一图像前端的固定拼接区域内同一像素点的灰度值以及权重进行相邻图像拼接区域内各像素点的灰度值修正。
进一步地，图像拼接合成模块对相邻图像重叠拼接区域内各像素点的灰度值进行修正，修正后的相邻图像重叠拼接区域内各像素点的灰度值为
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有益效果：
本发明提供的图像采集拼接优化系统，通过获取电机从启动到目标速度下单位时间段内的脉冲数量进行调节，能够控制电机转速到目标速度的各单位时间段内的电机加速度，并对各单位时间段内的电机加速度进行对比，以反向调节各单位时间段内的脉冲数量，以保证电机从启动到达到目标速度下加速度处于恒定状态，能够精准获得各时间下电机累计旋转量。
本发明通过采用旋转量转换模型对电机累计旋转量进行分析，获得电机沿传动丝杠轴向上的加速旋转进给量，并根据加速旋转进给量与设定的相邻两图像间的采集间距间的数值关系，分析出测量平台在S型转向调节时第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量，并结合第一图像与第二图像采集时测量平台实际移动距离，分析出电机与测量平台间的旋转进给间隙差，能够准确获得电机带动传动丝杠沿轴向上的移动距离与测量平台沿轴向上的移动距离间的差值，可精准获得控制测量平台移动过程中的干扰因素所造成的移动偏差。
本发明通过对测量平台在S型转向调节时电机与测量平台间的旋转进给误差进行补偿，使得各图像采集间隔时长下所采集的相邻两图像的固定截取拼接区域完全相重叠，为后期图像拼接提供可靠且准确的重叠区域，并可有效对相邻图像区域内的重叠区域根据各像素点在重叠区域内的权重进行图像拼接合成，提高了相邻图像重叠拼接区域的光滑过渡，弱化两图像拼接处的分界线，弱化拼接后两图像的拼接痕迹，提高了图像拼接合成的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为旋转进给间隙差未补偿下采集的第一图像和第二图像的示意图；
图2为旋转进给间隙差未补偿下第一图像和第二图像拼接的示意图；
图3为旋转进给间隙差补偿后采集的第一图像和第二图像的示意图；
图4为旋转进给间隙差补偿后采集的第一图像和第二图像拼接的示意图。
实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
显微镜进行图像采集的过程中，步进电机通过联轴器与传送丝杠连接，位于x轴向上的传动丝杠带动测量平台沿x轴方向移动，位于y轴向上的传动丝杠带动测量平台沿y轴方向移动，对放置在测量平台上的待测物体进行多组图像采集，并对采集的多组图像进行二维拼接合成，以获得待测物体的全景二维图像。
对采集的多组图像进行二维拼接合成时，由于电机本身以及传动丝杠与测量平台配合间存在间隙，导致测量平台达到的机械位置不准，在S型转向位置处拼接的相邻两图像间的重叠区域增加，使得图像前后两端设定的固定截取拼接区域小于S型转向位置处相邻两图像间的实际重叠区域，进而相邻两图像所需拼接对齐的固定截取拼接区域内的图像特征完全不相同，无法准确进行相邻两图像的拼接，导致相邻两图像拼接存在明显的分界线，且分界线两侧的图像无法实现平滑过渡，图像拼接的质量差。
一种动态图像采集拼接优化系统，包括控制参数获取模块、运行参数分析模块、旋转参数训练模块、旋转进给分析模块、图像采集间隙分析模块、图像拼接传动补偿模块和图像拼接合成模块。
控制参数获取模块用于获取电机启动速度、电机目标速度以及获取电机从启动速度到目标速度的过程中设定的单位时间段内的脉冲数量。相邻单位时间段内的脉冲数量等数值增加，保证电机从启动速度到达到目标速度的过程中电机旋转加速度固定，速度持续增加，直至达到目标速度。
当在过短的时间内达到目标速度时，电机控制系统发生的脉冲频率过高，导致电机堵转，为了解决该问题，电机从启动速度到目标速度采用加速启动方式，当达到目标速度后电机匀速旋转，避免电机从停止状态快速加速到目标速度的过程中出现丢步问题。
启动速度为电机启动时达到的旋转速度，目标速度大于启动速度，电机达到目标速度后进行匀速旋转。
运行参数分析模块用于提取电机从启动速度到目标速度的过程中单位时间段内的脉冲数量以及单个脉冲所对应的电机旋转角度，并对单位时间段内的脉冲数量以及单个脉冲下的电机旋转角度进行分析，分析出单位时间段内电机旋转加速度，通过电机从启动速度到目标速度加速过程中的脉冲数量以及单个脉冲对应的旋转角度进行分析，以获得电机旋转加速度，能够分析出电机加速运行中的旋转参数。
旋转加速度计算公式
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对电机旋转加速度进行训练，训练电机从启动转速到目标转速所需的加速时间，具体训练方法：
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步骤2、检测第1个单位时间段末的旋转速度
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，分析各时间段内的旋转加速度是否相等，若不相等，则重新训练调整各单位时间段内的脉冲数量，以保证各单位时间内加速过程中的旋转加速度保持固定。
步骤5、提取步骤4训练后旋转加速度固定的旋转加速度数值，并采用转动模型训练出电机从启动转速到目标转速所需的加速时间。
通过对单位时间段内的旋转加速度进行分析，判断各单位时间段内的旋转加速度是否相等，对与第1个单位时间段内的旋转加速度不相等的各单位时间段内的脉冲数量进行训练，以获得电机从启动速度到目标速度的过程中电机旋转加速度相同，排除各单位时间内电机旋转加速度保持不一致情况，为后期电机转动带动测量平台沿传动丝杠轴向上的移动距离计算提供可靠的数据支撑。
旋转进给分析模块用于获得电机从启动转速达到目标转速的过程中电机累计旋转量，采用旋转量转换模型对电机累计旋转量进行分析，分析出电机加速旋转进给量
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其中，设定的相邻两图像间的采集间距为旋转进给间隙差补偿后，相邻两图像采集点沿x轴向上的距离。
旋转量转换模型的基础表达式为
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图像采集间隙分析模块从旋转进给分析模块中提取第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量，并获取测量平台进行S型转向调节时第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量下测量平台实际移动距离，对S型转向调节时第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量和测量平台实际移动距离进行分析，获得电机与测量平台间的旋转进给间隙差
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相机对测量平台上的待测物体进行图像采集时，采用测量平台停止后，相机进行采集，进而控制两相邻图像间的采集时间相同，可保证相连两图像间的采集距离相等，但是由于传动丝杠与测量平台间的配合，电机与传动丝杠等间的配合下，导致测量平台进行S型转向时因反向间隙存在S型转向时所采集的第一图像和第二图像间的重叠区域大于反向间隙补偿消除后相邻两图像间的重叠区域，因此需对电机与传动丝杠以及电机与联轴器间的反向间隙进行消除。
图像拼接传动补偿模块用于提取图像采集间隙分析模块分析出的测量平台在S型转向调节时电机与测量平台间的旋转进给间隙差，根据旋转进给间隙差进行电机补偿运动时长分析，获得第一图像和第二图像采集间隔下电机运行时长的补偿，各相邻图像采集间隔时长分别为
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下，测量平台沿传动丝杠轴线方向上的移动距离相等，能够有效地保证各图像采集间隔时长下所采集的上一图像后端的固定截取拼接区域与后一图像前端的固定截取拼接区域完全相重叠，避免因电机本身以及传动丝杠与测量平台配合间存在间隙，导致测量平台达到的机械位置不准，以保证相邻图像重叠区域等于设定的固定截取拼接区域，为后期图像拼接提供可靠且准确的重叠区域。
其中，位置点
Figure SMS_163
为待测物体表面的某一特征位置，如图1中（a）为旋转进给间隙差未补偿情况下，测量平台进行S型转向后第一图像，如图1中（b）为旋转进给间隙差未补偿情况下，测量平台进行S型转向后第二图像；如图2所示，为旋转进给间隙差未补偿时第一图像和第二图像拼接后的图像,B为相邻图像重叠拼接区域的宽度；如图3中（a）为旋转进给间隙差补偿后，测量平台进行S型转向后第一图像，如图3中（b）为旋转进给间隙差补偿后，测量平台进行S型转向后第二图像，A为固定拼接区域宽度；如图4所示，为旋转进给间隙差补偿后第一图像和第二图像拼接后的图像 。
图像拼接合成模块用于提取图像拼接传动补偿模块分析出的相邻图像采集间隔时长下所采集的图像，依次截取沿传动丝杠轴向方向上采集的相邻图像前、后端的固定截取拼接区域，并提取上一图像后端和下一图像前端的固定拼接区域内各像素点的灰度值，分析同一像素点在相邻两图像的固定截取拼接区域内的权重，根据上一图像后端和下一图像前端的固定拼接区域(固定拼接区域宽度A)内同一像素点的灰度值以及权重进行相邻图像拼接区域内各像素点的灰度值修正，修正后的相邻图像重叠拼接区域(相邻图像重叠拼接区域的宽度B，A=B）内各像素点的灰度值为
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Figure SMS_170
分别为/>
Figure SMS_171
像素点在第
Figure SMS_175
图像后端和第/>
Figure SMS_165
图像前端的固定拼接区域内的权重。
采用各像素点到图像拼接重叠区域两侧的宽度进行权重分配，能够对待检物体上同一待测位置在不同图像视角下以及光照综合影响下的灰度值进行干扰程度量化，可实现相邻图像重叠区域的光滑过渡，弱化两图像拼接处的分界线，保证拼接后两图像无拼接痕迹，提高了图像拼接合成的效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。

Claims (9)

1.一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，包括控制参数获取模块、运行参数分析模块、旋转参数训练模块、旋转进给分析模块、图像采集间隙分析模块和图像拼接传动补偿模块；
控制参数获取模块用于获取电机启动速度、电机目标速度以及获取电机从启动速度到目标速度的过程中设定的单位时间段内的脉冲数量；
运行参数分析模块用于提取电机从启动速度到目标速度的过程中单位时间段内的脉冲数量以及单个脉冲所对应的电机旋转角度，并对单位时间段内的脉冲数量以及单个脉冲下的电机旋转角度进行分析，分析出单位时间段内电机旋转加速度；
旋转参数训练模块用于获取电机从启动速度到目标速度下的旋转加速度，并根据电机转动模型对单位时间段内的旋转加速度进行训练，并分析出电机达到目标速度的时间，同时，训练电机达到目标转速的过程中电机累计旋转量；
旋转进给分析模块用于获得电机从启动转速达到目标转速的过程中电机累计旋转量，采用旋转量转换模型对电机累计旋转量进行分析，分析出电机加速旋转进给量，并判断电机从启动速度到达到目标速度过程中的加速旋转进给量是否小于设定的相邻两图像间的采集间距，分析出测量平台进行S型转向调节时第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量；
图像采集间隙分析模块从旋转进给分析模块中提取第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量，并获取测量平台进行S型转向调节时第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量下测量平台实际移动距离，对S型转向调节时第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量和测量平台实际移动距离进行分析，获得电机与测量平台间的旋转进给间隙差；
图像拼接传动补偿模块用于提取图像采集间隙分析模块分析出的测量平台在S型转向调节时电机与测量平台间的旋转进给间隙差，根据旋转进给间隙差进行电机补偿运动时长分析，获得第一图像和第二图像采集间隔下电机运行补偿后的时长。
2.根据权利要求1所述的一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，获取电机从启动速度到目标速度加速过程中的脉冲数量以及单个脉冲对应的旋转角度，以获得电机旋转加速度，所述旋转加速度计算公式
Figure QLYQS_2
，/>
Figure QLYQS_5
为单次脉冲下电机旋转角度，单位/>
Figure QLYQS_8
，/>
Figure QLYQS_3
和/>
Figure QLYQS_6
分别为第/>
Figure QLYQS_9
和第/>
Figure QLYQS_10
个单位时间段内的转动角速度，/>
Figure QLYQS_1
和/>
Figure QLYQS_4
分别为第x和第x-1个单位时间段内的脉冲数量，/>
Figure QLYQS_7
为单位时间段的时长。
3.根据权利要求1所述的一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，所述电机转动模型为:
Figure QLYQS_12
，/>
Figure QLYQS_15
为目标速度，/>
Figure QLYQS_18
为电机启动速度，
Figure QLYQS_13
为电机从启动速度到目标速度的过程中电机旋转加速度，/>
Figure QLYQS_16
为电机从启动速度到目标速度的时间，/>
Figure QLYQS_19
为电机累计旋转量，单位为/>
Figure QLYQS_21
，/>
Figure QLYQS_11
为电机从启动速度到目标速度的过程中第/>
Figure QLYQS_14
时间下的旋转角速度，/>
Figure QLYQS_17
为单位时间段的时长，/>
Figure QLYQS_20
为电机从启动速度到目标速度的过程中加速所需的单位时间段数量。
4.根据权利要求3所述的一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，对电机旋转加速度进行训练，训练电机从启动转速到目标转速所需的加速时间，具体训练方法：
步骤1、获得电机启动速度和目标速度；
步骤2、检测第1个单位时间段末的旋转速度
Figure QLYQS_22
，判断旋转速度/>
Figure QLYQS_23
是否小于目标速度，并计算第1个单位时间段内的旋转加速度/>
Figure QLYQS_24
，/>
Figure QLYQS_25
为电机启动速度；
步骤3、若小于目标速度，则
Figure QLYQS_26
，/>
Figure QLYQS_27
为上一时间段对应的编号，获得第/>
Figure QLYQS_28
个时间段末的旋转速度/>
Figure QLYQS_29
，判断旋转速度/>
Figure QLYQS_30
是否小于目标速度，若小于目标速度，重复执行步骤3，直至旋转速度/>
Figure QLYQS_31
大于等于目标速度；
步骤4、计算第
Figure QLYQS_32
个单位时间段内的旋转加速度/>
Figure QLYQS_33
，分析各时间段内的旋转加速度是否相等，若不相等，则重新训练调整各单位时间段内的脉冲数量；
步骤5、提取步骤4训练后旋转加速度固定的旋转加速度数值，并采用转动模型训练出电机从启动转速到目标转速所需的加速时间。
5.根据权利要求1所述的一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，所述旋转进给分析模块对第一图像和第二图像间的电机理论推动进给量X进行分析，
Figure QLYQS_35
，/>
Figure QLYQS_38
为电机目标速度，单位/>
Figure QLYQS_41
，/>
Figure QLYQS_34
为电机加速旋转进给量，即电机从启动速度到目标速度的过程中的测量平台沿传动丝杠轴向上的移动距离，/>
Figure QLYQS_37
为沿x轴向上采集的第一图像和第二图像间的采集间隔时长，/>
Figure QLYQS_40
为电机从启动转速达到目标转速的过程中电机累计旋转量，/>
Figure QLYQS_43
为传动丝杠的螺距，/>
Figure QLYQS_36
为设定的相邻两图像间的采集间距, />
Figure QLYQS_39
为电机启动速度，/>
Figure QLYQS_42
为电机从启动速度到目标速度的过程中电机旋转加速度。
6.根据权利要求1所述的一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，各相邻图像采集间隔时长分别为
Figure QLYQS_44
，/>
Figure QLYQS_49
，/>
Figure QLYQS_52
表示为/>
Figure QLYQS_45
坐标不变沿x轴单向移动的过程中采集的图像次数，/>
Figure QLYQS_47
表示为测量平台进行/>
Figure QLYQS_50
型转向时采集第一图像与第二图像的时间间隔，/>
Figure QLYQS_53
表示为测量平台沿x轴向采集第/>
Figure QLYQS_46
图像与第/>
Figure QLYQS_48
图像的时间间隔，且
Figure QLYQS_51
。
7.根据权利要求6所述的一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，经所述图像拼接传动补偿模块补偿后的测量平台在S型转向调节时第一图像和第二图像间的电机运行补偿后的时长
Figure QLYQS_54
,/>
Figure QLYQS_61
，/>
Figure QLYQS_62
为未进行补偿时
Figure QLYQS_56
轴向上采集的第一图像和第二图像间的采集间隔时长,/>
Figure QLYQS_57
，/>
Figure QLYQS_58
为目标速度，/>
Figure QLYQS_60
为电机从启动速度到目标速度的时间,E为电机与测量平台间的旋转进给间隙差，/>
Figure QLYQS_55
为电机从启动速度到目标速度的过程中电机旋转加速度，/>
Figure QLYQS_59
为传动丝杠的螺距。
8.根据权利要求1所述的一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，所述动态图像采集拼接优化系统还包括图像拼接合成模块，图像拼接合成模块用于提取图像拼接传动补偿模块分析出的相邻图像采集间隔时长下所采集的图像，依次截取沿传动丝杠轴向方向上采集的相邻图像前、后端的固定截取拼接区域，并提取上一图像后端和下一图像前端的固定拼接区域内各像素点的灰度值，分析同一像素点在相邻两图像的固定截取拼接区域内的权重，根据上一图像后端和下一图像前端的固定拼接区域内同一像素点的灰度值以及权重进行相邻图像拼接区域内各像素点的灰度值修正。
9.根据权利要求8所述的一种动态图像采集拼接优化系统，其特征在于，图像拼接合成模块对相邻图像重叠拼接区域内各像素点的灰度值进行修正，修正后的相邻图像重叠拼接区域内各像素点的灰度值为
Figure QLYQS_64
，
Figure QLYQS_68
为相邻图像拼接区域内/>
Figure QLYQS_72
像素点的灰度值，/>
Figure QLYQS_65
为第m图像后端的固定拼接区域内/>
Figure QLYQS_67
像素点的灰度值，P为相邻图像拼接重叠区域的宽度，/>
Figure QLYQS_71
为第m图像后端的固定拼接区域内/>
Figure QLYQS_74
像素点到图像重叠区域一侧的距离，/>
Figure QLYQS_63
为第m+1图像后端的固定拼接区域内/>
Figure QLYQS_70
像素点的灰度值，/>
Figure QLYQS_75
为第m图像后端的固定拼接区域内/>
Figure QLYQS_76
像素点到图像重叠区域另一侧的距离，/>
Figure QLYQS_66
和
Figure QLYQS_69
分别为/>
Figure QLYQS_73
像素点在第m图像后端和第m+1图像前端的固定拼接区域内的权重。
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