A synchronization method for obtaining a plurality of abrasive particles topography based on photometric stereo, the ferrography technology and 3D reconstruction technology, first use of iron containing a plurality of abrasive particle spectra spectrum technique, then ferrographic microscope picture distortion, with Zhang's calibration method of correction the. This method combines the light source system based on the established through a microscope camera to acquire different light particle image, after the combination of adaptive threshold method and difference method to achieve particle separation, and background, photometric stereo based on particle surface calculation method of vector by selecting the appropriate reflection model, and construct a depth value, reconstruction the three-dimensional shape of abrasive grains. So, by using ferrographic microscope to obtain a plurality of abrasive particles with spectral image, do not need to change the focus of the microscope, through different light angle switching can be synchronized to reconstruct a plurality of abrasive particles the three-dimensional morphology of the patent effectively Ferrography and photometric stereo combination, the analysis of wear particle field particle morphology problem.
【技术实现步骤摘要】
一种基于光度立体视觉的多个磨粒三维形貌同步获取方法
本专利技术属于机器故障诊断领域的铁谱分析技术,特别涉及一种基于光度立体视觉的多个磨粒三维形貌同步获取方法。
技术介绍
广泛存在于摩擦副当中的磨损现象会直接导致能源和材料的消耗,影响设备运行的可靠性、安全性和可维护性。磨粒作为摩擦副接触表面的相互作用的直接产物,携带丰富的磨损状态信息,准确的磨粒特征识别对实现磨损状态实时监测具有重要的意义。磨粒的数量、大小、颜色和形貌等特征表征了摩擦学系统的磨损方式以及磨损部位,反映了设备的磨损状态。因此,磨粒分析(WDA)技术已经成为设备磨损程度判断及磨损机理分析的重要手段,为装备状态监测及维修维护决策提供有效依据。近年来,铁谱技术由于分析精度高、准确性好等特点,成为了摩擦学系统磨粒分析的主要方法。目前,铁谱技术已经建立了非常成熟的知识系统,已在工业领域如船舶、航空发动机、风力齿轮箱获得了广泛的应用。该方法利用高梯度磁场将机械摩擦副产生的磨损颗粒从润滑油液中分离出来沉积在玻片上,进而利用铁谱显微镜进行分析。通过图像处理可以同时对多个磨粒进行分析获取其形态、颜色等特征。但是该方法只能提供磨粒的二维平面图像,而不能获取磨粒的空间特征信息,导致其无法反映具有不规则性磨粒的真实形状。例如粘着磨损磨粒、层状磨损磨粒与严重滑动磨粒这三类磨粒代表了不同的磨损机理,但是它们具有相似的形状和边缘特征,但其三维表面形貌确大不相同,粘着磨损磨粒表面粗糙、严重拉毛、有擦痕,轮廓不规则;层状磨损磨粒厚度极小,表面有孔洞、折皱等缺陷;严重滑动磨粒表面带有明显平行滑痕或开裂迹象。铁谱技术由于其方法固有 ...
【技术保护点】
一种基于光度立体视觉的多个磨粒三维形貌同步获取方法,利用铁谱显微镜获取具有多个磨粒的谱片图像,不需要变换显微镜焦距,通过切换不同角度的光源就可以同步重构出磨粒的三维形貌,其特征在于:步骤一、利用张正友标定法对铁谱显微镜摄像机存在的畸变进行矫正,得到矫正图像;步骤二、利用均匀分布的多个光源依次照射铁谱谱片,从而获取不同光源的磨粒图像;步骤三、光源方向标定,测量光源相对于磨粒的位置(X,Y,Z),并进行归一化来近似估计各个光源的光线入射方向,其中X,Y,Z分别表示为光源相对于磨粒在三个方向上的距离;步骤四、基于自适应阈值法,通过全光源图像计算mask图;步骤五、基于差分法,利用mask图对不同光源的磨粒图像进行处理,将重构物体与背景分离,步骤六、基于光度立体视觉对磨粒形貌进行重构;S1,反射模型选择,选定物体的反射模型为Phong模型;S2,基于Phong模型,计算8张磨粒图像的亮度矩阵和相应的光源方向矩阵,进而采用最小二乘法原理计算,最后单位化得到法向量;S3,根据测量材质的法向信息,计算测量的梯度场信息,并将其作为输入,采用最小二乘的曲面重建方法计算测量材质的深度信息,完成磨粒三维形貌 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于光度立体视觉的多个磨粒三维形貌同步获取方法,利用铁谱显微镜获取具有多个磨粒的谱片图像,不需要变换显微镜焦距,通过切换不同角度的光源就可以同步重构出磨粒的三维形貌,其特征在于:步骤一、利用张正友标定法对铁谱显微镜摄像机存在的畸变进行矫正,得到矫正图像;步骤二、利用均匀分布的多个光源依次照射铁谱谱片,从而获取不同光源的磨粒图像;步骤三、光源方向标定,测量光源相对于磨粒的位置(X,Y,Z),并进行归一化来近似估计各个光源的光线入射方向,其中X,Y,Z分别表示为光源相对于磨粒在三个方向上的距离;步骤四、基于自适应阈值法,通过全光源图像计算mask图;步骤五、基于差分法,利用mask图对不同光源的磨粒图像进行处理,将重构物体与背景分离,步骤六、基于光度立体视觉对磨粒形貌进行重构;S1,反射模型选择,选定物体的反射模型为Phong模型;S2,基于Phong模型,计算8张磨粒图像的亮度矩阵和相应的光源方向矩阵,进而采用最小二乘法原理计算,最后单位化得到法向量;S3,根据测量材质的法向信息,计算测量的梯度场信息,并将其作为输入,采用最小二乘的曲面重建方法计算测量材质的深度信息,完成磨粒三维形貌重构。2.根据权利要求1所述的一种基于光度立体视觉的多个磨粒三维形貌同步获取方法,其特征在于,所述的步骤一,具体步骤如下:S1,选取标准棋盘格,单元格尺寸:0.1mm*0.1mm,作为标定板,将其贴于平面上;S2,变化标定板的位置角度,倾角不超过5°,采集14张不同角度的标定板图像;S3,应用Opencv的摄像机标定函数,对摄像机进行标定,以获取摄像机的畸变系数,标定方法采用的是张正友平面标定法;S4,根据畸变系数,对所有图像进行矫正。3.根据权利要求2所述的一种基于光度立体视觉的多个磨粒三维形貌同步获取方法,其特征在于,所述的步骤S3中摄像机畸变系数的标定,具体包括以下步骤:(1)通过在VS2010中创建一个MFC项目,添加“标定图片输入”按钮,读入14张不同角度的标定板图像;(2)利用OpenCV的findChessboardCorners函数得到标定板所有图像上角点位置;(3)角点正确提取后,利用calibrateCamera函数,通过计算单应性矩阵,得到...
【专利技术属性】
技术研发人员:武通海,王硕,霍彦文,杨羚烽,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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