基于數(shù)字圖像處理的角度測量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于數(shù)字圖像的角度提取Andrew Fratpietro M. John D. HayesDepartment of Mechanical & Aerospace Engineering, Carleton University1125 Colonel By Drive, Ottawa, ON, Canada, K1S 5B61.引言人在提取圖像信息的過程中僅僅只用幾毫秒。人的頭腦是條件反射或者忽略基于旁邊相關(guān)的任務(wù)的圖像信息。計算圖像行數(shù)的任務(wù)不需要圖像每行的顏色信息。確定圖像中直線方向的任務(wù)不需要知道每行的長度。這是一個人的直覺的例子。當(dāng)計算機是為仿效這種

2、直覺為目的而實施時，從圖像中提取信息的過程必須被分解成一組可以針對手頭任務(wù)的算法。對提取的數(shù)字圖像信息處理是指對圖像的處理。在處理中使用到的相關(guān)算法來自圖像處理工具的庫，這個數(shù)字圖像處理工具箱的某些算法可以選擇，并且可以用來提取數(shù)字圖像的具體信息。這個項目的長期目標(biāo)是在這個文件中概述設(shè)計和數(shù)字圖像處理庫的工具箱的應(yīng)用，這個工具箱用于特定機器人校準(zhǔn)處理。該校準(zhǔn)過程需要從包含多個直線的數(shù)字圖像中提取線性方程組。開發(fā)這個庫的一個短期副產(chǎn)品，這個庫是關(guān)于數(shù)字圖像處理的角度測量系統(tǒng)的幾個算法應(yīng)用。利用這種低成本的解決方案，行與行之間獨立于真實大小的被測線段的相對方向。作為一個實際的例子，這個系統(tǒng)是應(yīng)用于

3、一個渦輪葉片的Z型部分的角度測量。2.設(shè)備和設(shè)定角度測量系統(tǒng)使用352x288像素分辨率的相機來產(chǎn)生數(shù)字圖像。該相機可以在100美元以下購買。被拍攝的物體放在一個平面上，閃爍的使用標(biāo)準(zhǔn)為60瓦，家居燈放在距離物體1-2英尺處。該相機可以放在距離物體6英寸上面，目的是線性化任何角度測量的差積向量。某些三維物體可能面向這樣一個有差積的測量角度，并且差積不在垂直方向的。一組示例圖像可以在圖1中看到。這些圖像包含一系列由系統(tǒng)測量的行集：一對正交，一對任意角度。正交線對用來測試圖像，以確定該錯誤來自數(shù)字圖像處理的角度提取。這個圖像表示了對大圖進行裁減的部分，因此352x288像素的分辨率是不夠用的。所有

4、圖像都在matlab6.5軟件上處理的。 圖一：數(shù)字圖像來自正交和任意角度線段的網(wǎng)站。3.角度提取算法該算法的第一步是讀取一個圖像到MATLAB中(見圖1)。所有圖片都保存為JPEG格式，文件類型與MATLAB軟件套件兼容。這些文件尺寸小，由于壓縮技術(shù)能消除人眼檢測不到的圖像細(xì)節(jié)。使用文件較小的圖像有利于處理，它能減少圖像處理時間，但同也會時影響精度。該算法是用來處理灰階色彩類型的圖片。這些圖像允許相鄰像素之間直接比較?；叶葓D像也受到了反演過程，在這個過程亮的像素設(shè)置為暗色調(diào)，暗的像素設(shè)置為亮色調(diào)。鄰近像素比較時略為簡化，更重要的是給像素的灰度值較大的強度。門限技術(shù)的實施，以消除一些不太重要的

5、像素，關(guān)注在測量過程中使用的像素。該技術(shù)涉及計算圖像包含的像素強度的總范圍，然后設(shè)定所有像素的強度值低于暗色調(diào)范圍的一個確定比例。（灰度值=0）。值在60-75之間，通過實驗確定提供了最大數(shù)量的信息。該算法的下一步是使用line-walking算法，該算法類似于概述1中提取重要像素的目的。該算法要求行有一種傾向，無論是橫向或縱向比較，都可以適應(yīng)任意方向。每個像素的重要性是用來計算兩個方向的二階矩相對于該位置的中心點。在每個試圖找到一個像素點的時刻計算，用線性回歸算法讓子像素精度關(guān)于該行的真正被測量的位置。線性回歸技術(shù)求解兩個線性方程組。這些線性方程的斜坡被用來產(chǎn)生線之間的角度。4.實驗分析產(chǎn)生

6、三種結(jié)果，在此摘要文件中顯示。圖2顯示了一個用計算機圖形程序生成的圖片，然后打印到一張白紙上。該圖像是一組指定垂直線的設(shè)置。覆蓋到這個圖片上的是兩行，該行由在圖像中代表行的角度測量系統(tǒng)估計。輸出包括在它們之間的行和角度的方程組。圖2：正交線之間的角度該系統(tǒng)產(chǎn)生一個89.9807度的測量。這種測量方法有0.02的誤差。對計算中重要的數(shù)據(jù)的進一步分析，將產(chǎn)生一個更現(xiàn)實的誤差值。圖3顯示在任意方向線的傾斜角度測量。圖3：任意方向線該系統(tǒng)采用了圖4中渦輪葉片的Z型部分的角度測量。圖4：渦輪葉片Z型部分測量結(jié)果可以在圖5中看到。角落里確實有一個75.6927角度值。這兩條線用來確定此角度值，可以在圖5中

7、看到。圖5：Z型部分測量5。結(jié)論與后續(xù)工作從這些結(jié)果中我們得出結(jié)論，該算法能夠提取兩條線之間的角度。該算法適用于多種不同方向和分離角，并且測量結(jié)果是可行。一個系統(tǒng)中的應(yīng)用可能是用于工業(yè)領(lǐng)域的快速角測量。這個項目今后的工作將涉及對采用線性回歸的數(shù)據(jù)的置信區(qū)間的評價。所有的計算工作都是通過兩個小數(shù)位開展，但角度測量的實際有效數(shù)尚未確定。此外，該系統(tǒng)的分析利用奇異值分解執(zhí)行。參考1 Ofner, R., O.Leary, P., Leitner, M., 2000, .ACollection of Algorithms for the Determination of Construction Points in the Measu