一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法制造技术

本发明专利技术公开一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法，包括通过两台相机采集标准球的标准球图像，根据采集到的标准球图像计算出两个相机图像的单个像元各自对应的实际尺寸；利用两台相机以规定的夹角同步采集液滴的图像，获得液滴的两个图像；建立液滴的椭球体二次曲面方程，对两个图像分别检测边缘轮廓线，建立边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；引入规定的夹角，根据两个椭圆轮廓线方程与椭球体二次曲面方程之间各参数的关系构建方程组；求解方程组，计算出液滴的各个半轴的长度；根据各个半轴的长度求出液滴的体积。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法
本专利技术涉及无容器方法下的液态样品图像处理领域，具体涉及一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法。
技术介绍
空间材料科学作为空间科学与应用领域中的重要分支，是传统的材料科学向空间环境下的延伸，是发展材料科学新理论、探索材料制备工艺和拓展材料应用新领域中最活跃的前沿性交叉学科之一。空间具有微重力、超真空、无容器和强辐射等特殊效应，是研究材料熔融、凝固等的理想试验条件。但是，人们迄今所能利用的空间资源仍然十分有限。因此，模拟空间环境中各种效应的地面方法应用而生。悬浮技术就是其中之一，它可以模拟空间环境中的无容器状态。在悬浮技术中，通过对悬浮液滴进行密度测量是使材料获得液态材料密度数据最有效的途径。在密度测量中，受到液滴自身表面张力的作用，无容器状态下的液态样品收缩成球形，因此通过相机拍摄样品图像，求得样品直径进而可以求得样品体积，最终结合样品质量测量结果，求得样品密度。但样品在悬浮过程中，由于受到悬浮力、激光光压等作用力不均匀的影响，样品不可避免地会发生旋转。而在旋转作用下液态样品受到离心力的影响，样品形貌由球形变为椭球形，而且由于样品表面为光滑表面，无法判断椭球悬浮姿态，难以通过传统的双相机视觉法获取图像的三维信息进而求得样品体积，而使得通过椭球样品图像求取密度的准确性受到影响。
技术实现思路
专利技术要解决的问题：针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能改善无容器技术中测量精度的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法。解决问题的技术手段：本专利技术提供一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法，包括以下步骤：1)通过两台相机采集标准球的标准球图像，根据采集到的所述标准球图像计算出两个相机图像的单个像元各自对应的实际尺寸；2)利用所述两台相机以规定的夹角同步采集液滴的图像，获得所述液滴的两个图像；3)建立所述液滴的椭球体二次曲面方程，对所述两个图像分别检测边缘轮廓线，建立所述边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；4)引入所述规定的夹角，根据两个所述椭圆轮廓线方程与所述椭球体二次曲面方程之间各参数的关系构建方程组；5)求解所述方程组，计算出所述液滴的各个半轴的长度；6)根据所述各个半轴的长度求出所述液滴的体积。根据本专利技术，利用两台相机同步采集呈旋转椭球体形状的液滴的图像，并根据两个图像建立轮廓线方程组，求解方程组得到液滴的长短轴进而求出液滴体积，由此即使是光滑表面且难以判断旋转轴的熔融态悬浮液滴也能精确地获取三维信息，从而高精度地计算出液滴体积。也可以是，本专利技术中，所述步骤3)包括：利用对称正定矩阵构建所述液滴的椭球体二次曲面方程；使用阈值法对每个所述图像做二值化处理，通过边缘检测算法检测每个所述图像的边缘轮廓线，构建每个边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；将每个所述图像都视为各自y-z平面上的图像，提取每个所述边缘轮廓线上各点的坐标集合；采用最小二乘法得到每个所述椭圆轮廓线方程中各个参数的估算值。也可以是，本专利技术中，所述步骤3)中，在检测每个所述图像的边缘轮廓线之后，使每个边缘轮廓线的中心位于各自对应的所述图像的中心。由此，能简化椭圆轮廓线方程，降低计算量。也可以是，本专利技术中，所述步骤5)中，采用迭代法求出所述方程组中各个参数的最优解，通过所述对称正定矩阵计算出所述液滴的各个半轴的长度。也可以是，本专利技术中，所述液滴形成为旋转椭球体形状；所述步骤6)中，利用聚类分析算法将所述各个半轴分类为第一半轴和第二半轴，求出所述第一半轴和所述第二半轴各自的平均值。也可以是，本专利技术中，实验前后分别测量所述液滴并求出质量平均值，将所述质量平均值作为所述液滴的质量；根据所述液滴的体积及质量求出所述液滴的密度。由此能减少样品熔化过程中因挥发而引起的质量变化对密度测量结果造成的影响。专利技术效果：本专利技术能提高无容器技术中熔融态悬浮液滴的测量精度，改善椭球体样品体积计算的可靠性和准确性，为液态材料研究提供精确的数据支持。附图说明图1是根据本专利技术一实施形态的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法的无容器悬浮及成像系统的示意图；图2是本专利技术的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法(以下简称图像处理算法)的流程图；图3是示出在任意平面上夹有夹角的两台相机对液滴拍摄所采集到的图像和通过边缘检测得到与椭球体图像对应的轮廓线的图；符号说明：1、液滴；2、上电极；3、下电极；4、第一相机；5、第二相机；6、第一背景光源；7、第二背景光源。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在此公开一种能改善无容器技术密度测量中的测量精度的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法。本专利技术通过夹有夹角的两台相机拍摄无容器技术下的熔融态悬浮椭球液滴，提取相机图像中的轮廓线并构筑方程组来求出椭球液滴的体积，并进一步就出椭球液滴的密度。图1是根据本专利技术一实施形态的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法的无容器悬浮及成像系统的示意图。如图1所示，本实施形态中，悬浮系统采用静电悬浮无容器方法，主要由上电极2、下电极3以及未图示的激光器、测温仪等构成。上电极2、下电极3可以是高压平行极板，产生的高压电场使带电荷的样品在库仑力的作用下抵消自身重力悬浮起来。当样品稳定悬浮之后，使用未图示的激光器对样品进行加热，且通过未图示的测温仪获取样品的温度，由此形成熔融态的液滴1。液滴1在悬浮力、激光光压等作用下以任意姿态旋转，并在旋转作用下受到离心力而由球形变为椭球形、具体而言变为旋转椭球型。成像系统主要由第一相机4和相对应的第一背景光源6以及第二相机5和相对应的第二背景光源7两组成像装置构成。第一相机4与第二相机5例如可以是CCD相机，两者处于任意平面上且彼此之间夹有夹角α，主要用于从不同角度采集液滴1的图像。由于液滴1在熔融状态下自身发光，因此第一背景光源6及第二背景光源7主要用于减弱液滴1自身发光的影响，使对应的相机能获得清晰的图像。图2是本专利技术的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法的流程图。以下参照图2详细说明本专利技术的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法的主要步骤。1)对相机成像图像进行标定，确定相机图像的单个像元所对应的实际尺寸。具体地，使用相机从任意角度对已知直径尺寸的标准球(例如可以是SiC球体)进行图像采集。根据两台相机分别采集到的标准球图像的直径像元数目与标准球的直径，计算得到两个相机图像的单个像元各自对应的实际尺寸。图3是示出在任意平面上夹有夹角的两台相机对液滴拍摄所采集到的图像和通过边缘检测得到与椭球体图像对应的轮廓线的图。图3的左侧是两台相机各自采集到的椭球体液滴的图像，右侧是对两个图像分别进行边缘检测后得到图像的轮廓线。2)使用夹有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）通过两台相机采集标准球的标准球图像，根据采集到的所述标准球图像计算出两个相机图像的单个像元各自对应的实际尺寸；/n2）利用所述两台相机以规定的夹角同步采集液滴的图像，获得所述液滴的两个图像；/n3）建立所述液滴的椭球体二次曲面方程，对所述两个图像分别检测边缘轮廓线，建立所述边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；/n4）引入所述规定的夹角，根据两个所述椭圆轮廓线方程与所述椭球体二次曲面方程之间各参数的关系构建方程组；/n5）求解所述方程组，计算出所述液滴的各个半轴的长度；/n6）根据所述各个半轴的长度求出所述液滴的体积。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法，其特征在于，包括以下步骤：
1）通过两台相机采集标准球的标准球图像，根据采集到的所述标准球图像计算出两个相机图像的单个像元各自对应的实际尺寸；
2）利用所述两台相机以规定的夹角同步采集液滴的图像，获得所述液滴的两个图像；
3）建立所述液滴的椭球体二次曲面方程，对所述两个图像分别检测边缘轮廓线，建立所述边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；
4）引入所述规定的夹角，根据两个所述椭圆轮廓线方程与所述椭球体二次曲面方程之间各参数的关系构建方程组；
5）求解所述方程组，计算出所述液滴的各个半轴的长度；
6）根据所述各个半轴的长度求出所述液滴的体积。


2.根据权利要求1所述的基于双相机视觉的熔融态悬浮椭球液滴图像处理算法，其特征在于，
所述步骤3）包括：
利用对称正定矩阵构建所述液滴的椭球体二次曲面方程；
使用阈值法对每个所述图像做二值化处理，通过边缘检测算法检测每个所述图像的边缘轮廓线，构建每个边缘轮廓线的椭圆轮廓线方程；
将每个所述图像都视为各自y-z平面上的图像，提取每个所述边缘轮廓线上各点的坐标集合...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟秋，杨莉萍，李会东，陶冶，雒彩云，徐子君，汪文兵，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31