一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测方法，包括：根据选择的编码元数目以及第一窗口大小，生成具有窗口特性的一维伪随机序列；采用对角线法构建二维伪随机矩阵M；根据待测样品视场的特征点分布确定M'阵列大小；通过上下拼接以及对角拼接的方法将M阵列转换为M'阵列；通过对各不同编码元对应不同的几何图案，将M'阵列转换为M'阵列编码；将M'阵列编码转换为物体表面的编码图像，实现对曲面玻璃的缺陷检测；本发明专利技术通过将矩阵M转换为M'阵列，减少M'阵列行数与列数间的差距，提高了编码图像的分辨率；本发明专利技术采用上下拼接和对角拼接的方式，不仅能保证拼接的效率，同时在对待测样品的缺陷识别时准确度有所提高。

A Spatially Coded Light Field Method for Detecting Surface Defects of Curved Glass

【技术实现步骤摘要】
一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测方法
本专利技术属于缺陷检测领域，更具体地，涉及一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测方法。
技术介绍
现有的结构光编码方法按照编码策略可分为时间编码、直接编码和空间编码三类。时间编码方法按照时间顺序依次投影多幅图案，每次投影对各像素产生一个码值，从而产生一个与各像素一一对应的码字；直接码方法利用投射光线特性，直接为编码图案的每个像素设定一个码字；空间编码则只需投影一幅编码图案,利用相邻像素信息来产生码字。时间编码方法虽然具有易于实现、空间分辨率高、3D测量精度高等优点，但这类方法测量过程中需投影多幅图案，测量时间比较长，因而只适用于静态场景测量；直接编码策略是每个点根据本身的值进行编码，需要引入大量的颜色或周期性的使用色彩值，理论上具有高分辨率，但是，由于编码颜色之间比较接近，因此对于噪声的灵敏度较高，即与被测表面颜色相关，然而，物体表面的颜色除了投射模式的颜色外，还有物体表面本身具有的颜色，因此，为了减少物体本身颜色的影响，通常需要获得若干参考图像，所以直接编码策略也不适用于动态物体测量，且该方法仅适用于中性色彩的物体；空间领域编码策略是将所有编码信息压缩至一幅图案，因此适用于动态物体检测；同时该策略考虑每个码字在编码图案中的唯一性，因此可解决双目视觉中点匹配的难题。空间编码又分为非正式编码、DeBruijin序列编码和M阵列编码。非正式编码不需要使用任何数学编码理论就能产生一个不同的码字，这种方法的缺点是计算复杂性较高，需要对场景的特征进行预测、加标签及追踪，当编码密度加大时解码困难；DeBruijin序列编码由q个符号组成，子串的长度为m，构成长度为qm的循环字符串，其中长度为m的子串只出现一次，为了提高编码的鲁棒性和分辨率，一般需要使用不同的颜色来排列编码，受环境影响较大，在解码时易出现错误；M阵列编码具有窗口的唯一性，可以很好地解决双目视觉中点匹配的难题，现有的M-arrays图案M-arrays通常用不同的符号代替M-arrays中的编码元，从而产生对应的投影模板，但是不仅易受投影仪等硬件的限制，而且在三元域中，即使用九阶的本原多项式，利用对角线法得到的M阵列的尺寸仍然无法达到高分辨率的要求，再将投影模板投影到微小物体上会导致重建后的编码图案分辨率低。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测方法，旨在解决现有的M-arrays图案编码因受硬件和空间编码方法的限制导致对物体的三维重建后的编码图案分辨率低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测方法，包括：S1:根据选择的编码元数目以及第一窗口大小，通过DeBruijn序列方法生成具有窗口特性的一维伪随机序列；S2:根据一维伪序列的长度以及周期大小，采用对角线法构建二维伪随机矩阵M；S3:判断M阵列形成的待测样品的视场是否满足条件，若满足，则转至S4；否则，转至步骤S1；S4:根据待测样品视场的特征点分布确定M'阵列的大小；S5:通过上下拼接以及对角拼接的方法将M阵列转换为M'阵列；S6:通过对各不同编码元对应不同的几何图案，将M'阵列转换为M'阵列编码；S7:将M'阵列编码转换为物体表面的编码图像，实现对曲面玻璃的缺陷检测优选地，所述一维伪随机序列的字符串长度与编码元数目、第一窗口大小之间的关系为：p＝qm其中，p为一维伪随机序列的字符串长度，q为编码元数目，m为第一窗口大小，T＝qm-1为一维伪随机序列的最大周期数。优选地，所述步骤S2包括：S2.1根据第一窗口大小，确定二维伪随机矩阵M的大小m1×n1；S2.2根据一维伪随机序列的长度及周期大小，对二维伪随机矩阵M赋值。优选地，所述步骤S2.1中二维伪随机矩阵M的m1为：二维伪随机矩阵M的n1为：其中，m＝k1k2为第一窗口大小；q为编码元数目；k1，k2为素数，且1<k1≤3，1<k2≤3；优选地，所述步骤S2中的对角线法为：采用一维伪随机序列从矩阵M的左上角第一个元素沿对角线方向循环赋值，若到达矩阵M的右边界，则转至当前右边界所在行的下一行左上角第一个元素继续沿对角线方向赋值；若到达矩阵M的下边界，则转至当前下边界所在列的下一列左上角第一个元素继续沿对角线方向赋值，直至矩阵M中所有元素赋值完毕。优选地，所述步骤S3中，根据M阵列形成的编码光线投射到待测样品将形成编码图像，所述编码图像包含的特征点若疏散的分布在待测样品的表面，则认为选取的M阵列不符合实际需求，需重新确定编码元数目或者调整窗口大小，进而重新获取M阵列，若编码图像包含的特征点具有合适间距的分布在整个待测样品的表面，则根据待测样品的视场大小，进一步调整矩阵M阵列，获取能让编码图像分辨率更高的M'阵列。需指出，合适间距指大于等于相机能够分辨的最小间距距离并且使得视场中包含有更多的特征点的间距。所述步骤S5包括：S5.1根据M阵列以及第二窗口大小，将M'阵列分为C'区矩阵、A区矩阵以及B区矩阵；其中，所述M'阵列的大小m2×n2；所述M阵列的大小为m1×n1；n1＞n2；第二窗口大小为f1×f2；所述C'区矩阵大小为m1×n2，为M'阵列中的前m1行矩阵，所述A区矩阵大小为(m2-m1)×f2，为M'阵列中的后(m2-m1)行且前f2列构成的矩阵；所述B区矩阵大小为(m2-m1)×(n2-f2)，为M'阵列中的后(m2-m1)行且后(n2-f2)列构成的矩阵；S5.2通过分割M阵列，获取C'区矩阵；S5.3采用上下拼接的方式将A区矩阵拼接至C'区矩阵；S5.4根据A区矩阵和C'区矩阵，采用对角拼接的方式将B区矩阵拼接，完成M'阵列的构建。所述C'区矩阵的赋值方法为：将M阵列根据M'阵列的列数分割为C区和D区两个矩阵，C区矩阵构成M'阵列的C'区矩阵；其中，所述C区矩阵大小为m1×n2，D区矩阵大小为m1×(n1-n2)；所述步骤S5.3包括：S5.3.1将第二窗口f1×f2分割为矩阵O1和矩阵O2；其中，所述矩阵O2为第二窗口最后一行矩阵，第二窗口剩余部分构成矩阵O1；S5.3.2在D区矩阵中搜索矩阵O1，并利用D区矩阵中矩阵O1所在列与矩阵O1以下的行元素构建矩阵p1；或在D区矩阵中搜索矩阵O1T，并利用D区矩阵中矩阵O1T所在行与矩阵O1T右侧的列元素构建矩阵p2；S5.3.3在矩阵p1中筛选(m2-m1)×f2大小的矩阵A或在矩阵p2中筛选f2×(m2-m1)大小的矩阵AT；其中，所述D区矩阵为矩阵M的后(n1-n2)列且m1行元素构成的矩阵，矩阵AT的转置或矩阵A为A区矩阵。所述步骤S5.4包括:S5.4.1将第二窗口分割为矩阵H1、矩阵H2和矩阵H3；所述矩阵H1为第二窗口矩阵的最后一元素组成，所述矩阵H2为第二窗口矩阵前(f1-1)行与f2列构成的矩阵；所述H3为窗口前(f2-1)列与第f1行元素构成的矩阵；S5.4.2判断是否第二窗口满足矩阵H1为B区矩阵的未被赋值的子矩阵且满足矩阵H2与矩阵H3已赋值的条件，若满足条件，转至步骤S5.4.3，否则在M'阵列中移动窗口矩阵，继续步骤S5.4.2，直至满足条件；S5.4.3根据矩阵H2与矩阵H3，在D区矩阵搜索与第二窗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测方法，其特征在于，包括：S1:根据选择的编码元数目以及第一窗口大小，通过De Bruijn序列方法生成具有窗口特性的一维伪随机序列；S2:根据一维伪序列的长度以及周期大小，采用对角线法构建二维伪随机矩阵M；S3:判断M阵列形成的待测样品的视场是否满足条件，若满足，则转至S4；否则，转至步骤S1；S4:根据待测样品视场的特征点分布确定M'阵列的大小；S5:通过上下拼接以及对角拼接的方法将M阵列转换为M'阵列；S6:通过对各不同编码元对应不同的几何图案，将M'阵列转换为M'阵列编码；S7:将M'阵列编码转换为物体表面的编码图像，实现对曲面玻璃的缺陷检测。

【技术特征摘要】
1.一种空间编码光场对曲面玻璃表面缺陷的检测方法，其特征在于，包括：S1:根据选择的编码元数目以及第一窗口大小，通过DeBruijn序列方法生成具有窗口特性的一维伪随机序列；S2:根据一维伪序列的长度以及周期大小，采用对角线法构建二维伪随机矩阵M；S3:判断M阵列形成的待测样品的视场是否满足条件，若满足，则转至S4；否则，转至步骤S1；S4:根据待测样品视场的特征点分布确定M'阵列的大小；S5:通过上下拼接以及对角拼接的方法将M阵列转换为M'阵列；S6:通过对各不同编码元对应不同的几何图案，将M'阵列转换为M'阵列编码；S7:将M'阵列编码转换为物体表面的编码图像，实现对曲面玻璃的缺陷检测。2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述S2包括：S2.1根据一维伪随机序列的长度及周期大小，确定二维伪随机矩阵M的大小m1×n1；S2.2根据一维伪随机序列，采用对角线法对二维伪随机矩阵M赋值。3.如权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述对角线法为：采用一维伪随机序列从矩阵M的左上角第一个元素沿对角线方向循环赋值，若到达矩阵M的右边界，则转至当前右边界所在行的下一行左上角第一个元素继续沿对角线方向赋值；若到达矩阵M的下边界，则转至当前下边界所在列的下一列左上角第一个元素继续沿对角线方向赋值，直至矩阵M中所有元素赋值完毕。4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述S5包括：S5.1根据M阵列以及第二窗口大小，将M'阵列分为C'区矩阵、A区矩阵以及B区矩阵；其中，所述M'阵列的大小m2×n2；所述M阵列的大小为m1×n1；n1＞n2，；第二窗口大小为f1×f2；所述C'区矩阵大小为m1×n2，为M'阵列中的前m1行矩阵，所述A区矩阵大小为(m2-m1)×f2，为M'阵列中的后(m2-m1)行且前f2列构成的矩阵；所述B区矩阵大小为(m2-m1)×(n2-f2)，为M'阵列中的后(m2-m1)行且后(n2-f2)列构成的矩阵；S5.2通过分割M阵列，获取C'区矩阵；S5.3采用上下拼接的方式将A区矩阵拼接至C'区矩阵；S5.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏珉，刘念，刘行思，夏楠卿，唐世镇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42