一种大景深观测与表面形貌分析系统技术方案

本发明专利技术公开一种大景深观测与表面形貌分析系统，包括图像采集模块、图像关联处理模块、景深反馈调节模块、高度动态补偿模块、特征对比重合组建模块。本发明专利技术通过景深反馈调节模块分析出各帧图像信息中的聚焦区域子图像，通过采用距离关联聚集模型对灰度值相对差数值的绝对值小于设定相对灰度值阈值的像素点进行聚集程度判断，进而能够有效地确定聚焦延伸区域子图像的面积，并对相邻两帧图像中的聚焦延伸区域子图像进行高度动态补偿，对高度动态补偿后的相邻两帧图像中的聚焦延伸区域子图像进行重合匹配对齐，以对聚焦区域子图像进行重组获得待观测产品的全聚焦产品图像，提高了图像合成的精度和效率。像合成的精度和效率。像合成的精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种大景深观测与表面形貌分析系统


[0001]本专利技术属于形貌观测
，涉及到一种大景深观测与表面形貌分析系统。

技术介绍

[0002]对于精密产品的形貌测量以及观察的过程中，待观测产品表面存在不同零件高度，各零件的高度差大于显微镜的景深范围，导致待观测产品表面无法同时完全落入显微镜的景深范围内，导致采集的每帧图像中存在对焦清晰的画面和模糊的画面，需通过不断调节镜头的高度，以满足对待观测产品所有区域下的聚焦采集。
[0003]现有技术在对采集的多帧图像进行合成时，由于前后帧图像中的共同特征点区域内的产品图像因采集图像时的镜头高度不同，发生变大或缩小问题，导致相邻两帧图像重组时无法对相邻两帧中共同特征点区域进行定位匹配，出现合成的图像中错影、重影的情况，如图1所示，严重影响图像合成的精确度和画质，同时无法快速且准确地识别前后帧图像的共同特征点的有效区域范围，增加共同特征点的区域处理的工作量，降低图像处理的效率，并无法根据采集的图像进行待观测产品的形貌复原处理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供的一种大景深观测与表面形貌分析系统，解决了现有技术中存在的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种大景深观测与表面形貌分析系统，包括图像采集模块、图像关联处理模块、景深反馈调节模块、高度动态补偿模块、特征对比重合组建模块；图像采集模块，通过调节镜头高度对待观测产品进行图像采集，获得不同镜头高度下的待观测产品图像信息；图像关联处理模块提取图像采集模块采集的不同镜头高度下的待观测产品图像信息并进行存储，同时获得采集的每帧图像信息所对应的镜头高度，建立镜头高度与该镜头高度下采集的图像信息间的关联性，获得图像关联矩阵；景深反馈调节模块依次对图像关联矩阵中的各图像信息进行特征提取，判断采集的图像信息中处于聚焦点位置处的图像特征所对应的图像区域，作为聚焦区域子图像，并根据聚焦区域子图像筛选出聚焦延伸区域子图像；高度动态补偿模块用于提取相邻两帧图像信息所对应的镜头高度，并提取相邻两帧图像信息中的聚焦延伸区域子图像，根据相邻两帧图像信息所对应的镜头高度变化量以前一帧图像的中心坐标点为基准对后一帧图像信息中的聚焦延伸区域子图像进行高度补偿；特征对比重合组建模块用于提取第k帧图像信息中的聚焦延伸区域中的各像素点的位置以及第k+1帧图像信息中的各像素点经高度动态补偿后的各像素点的位置，根据高度动态补偿后相邻两帧图像信息中的聚焦延伸区域进行特征重合匹配对齐，以获得待观测
产品的全聚焦产品图像。
[0006]进一步地，所述聚焦区域子图像的提取判定方法，包括以下步骤：步骤S1、分别截取m*n个像素点所在区域内的图像，m和n均大于1的整数；步骤S2、判断截取的m*n个像素点所在区域内的图像上的各像素点的平均灰度值以及该区域内的相邻像素点间灰度差异系数；步骤S3、采用聚焦清晰评估模型对截取的m*n个像素点所在区域内的图像进行聚焦清晰程度判断，筛选出大于聚焦清晰度阈值的区域内的图像作为聚焦区域子图像。
[0007]进一步地，相邻像素点间灰度差异系数的计算公式：，为第f个像素点所在位置（x，y）与位置（x，y）前、后、上、下方的像素点间的灰度差异系数，、、和分别第f个像素点前后上下位置处的像素点所对应的灰度值。
[0008]进一步地，提取聚焦区域子图像中各像素点p(x,y)的灰度值，判断聚焦延伸区域子图像的区域范围，包括以下步骤：步骤R1、获取聚焦区域子图像中各像素点的灰度值，求平均值，得到聚焦区平均灰度值；步骤R2、将采集的图像信息中的各像素点的灰度值与聚焦区平均灰度值进行对比，筛选出灰度值相对差数值的绝对值小于设定相对灰度值阈值的像素点；步骤R3、以步骤R2中获取的灰度值相对差数值的绝对值小于设定相对灰度值阈值的像素点的位置坐标进行位置布局；步骤R4、提取灰度值相对差数值的绝对值小于设定相对灰度值阈值的各像素点到初始中心像素点C的位置坐标（xt，yt）的距离小于设定距离阈值的像素点的位置坐标；步骤R5、采用距离关联聚集模型分析出步骤R4中提取的像素点间的距离关联聚集系数；步骤R6、判断灰度值相对差数值的相对值小于设定相对灰度值阈值的U个像素点与像素点C的距离关联聚集系数是否大于设定的距离关联聚集系数阈值，若大于，则将灰度值相对差数值的绝对值小于设定相对灰度值阈值的U个像素点所组成的图像为聚焦延伸区域子图像。
[0009]进一步地，所述距离关联聚集模型为： ，U为采样的像素点的数量，C(xt，yt)为灰度值相对差数据的绝对值小于设定相对灰度值阈值的其中一像素点的位置坐标，(xi，yi)和(x(i
‑
1)，y(i
‑
1))分别为灰度值相对差数据的绝对值小于设定相对灰度值阈值的像素点到像素点C(xt，yt)间的距离按照从小到大的顺序所对应的第i个和第i
‑
1个像素点的位置坐标，为采样的U个像素点中任意两
像素点间的最大距离。
[0010]进一步地，对第k+1帧图像信息中的聚焦延伸区域子图像中的各像素点的位置进行高度动态补偿，获得经高度动态补偿后的第k+1帧图像信息中的各像素点的位置坐标，其中，，，为第k+1帧图像信息所对应的镜头高度与第k帧图像信息所对应的镜头高度间的差值，为第k帧图像信息所对应的镜头高度，和为第k+1个像素点的位置坐标。
[0011]进一步地，所述系统还包括配准校验复测核实模块，所述配准校验复测核实模块用于提取特征对比重合组建模块合成的全聚焦产品图像信息，并筛选出各镜头高度下的聚焦区域子图像，获得每帧图像中所对应的聚焦区域子图像的分布轮廓，分析出全聚焦产品图像所对应图像拼接处的图像重组评估系数。
[0012]进一步地，所述图像重组评估系数的计算：，P为合成全聚焦产品图像所对应的采集图像的次数，为图像重组评估系数，为处于显微镜焦点处的聚焦区域子图像所对应的最大聚焦清晰评估系数，为第k帧图像与第k+1帧的拼接区域内的第f个像素点的灰度值，为第k帧图像与第k+1帧的拼接区域内的像素点的个数量。
[0013]进一步地，所述系统还包括表面形貌复原模块，表面形貌复原模块用于获取每帧图像信息中聚焦区域子图像所对应的镜头高度，提取聚焦区域子图像所展示的待观测产品的图像特征点，分析出相邻两帧图像信息中的聚集区域子图像中待观测产品的图像特征点所对应的相对高度，依次根据相邻两图像信息中聚焦区域子图像中待观测产品的图像特征点所对应的相对高度进行待观测产品的形貌还原。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的大景深观测与表面形貌分析系统，通过景深反馈调节模块可分析出各帧图像信息中处于显微镜焦点处的聚焦区域子图像以及位于显微镜景深范围内且不在显微镜焦点处的聚焦延伸区域子图像，并对相邻两帧图像中的聚焦延伸区域子图像进行高度动态补偿，以保证在不同镜头高度下采集的聚焦延伸区域子图像中的待对准像素点所对应的位置坐标不随镜头高度变化而发生变动，提高了相邻两帧图像进行匹配组合的精确度、效率以及准确性。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大景深观测与表面形貌分析系统，其特征在于：包括图像采集模块、图像关联处理模块、景深反馈调节模块、高度动态补偿模块、特征对比重合组建模块；图像采集模块，通过调节镜头高度对待观测产品进行图像采集，获得不同镜头高度下的待观测产品图像信息；图像关联处理模块提取图像采集模块采集的不同镜头高度下的待观测产品图像信息并进行存储，同时获得采集的每帧图像信息所对应的镜头高度，建立镜头高度与该镜头高度下采集的图像信息间的关联性，获得图像关联矩阵；景深反馈调节模块依次对图像关联矩阵中的各图像信息进行特征提取，判断采集的图像信息中处于聚焦点位置处的图像特征所对应的图像区域，作为聚焦区域子图像，并根据聚焦区域子图像筛选出聚焦延伸区域子图像；高度动态补偿模块用于提取相邻两帧图像信息所对应的镜头高度，并提取相邻两帧图像信息中的聚焦延伸区域子图像，根据相邻两帧图像信息所对应的镜头高度变化量以前一帧图像的中心坐标点为基准对后一帧图像信息中的聚焦延伸区域子图像进行高度补偿；特征对比重合组建模块用于提取第k帧图像信息中的聚焦延伸区域中的各像素点的位置以及第k+1帧图像信息中的各像素点经高度动态补偿后的各像素点的位置，根据高度动态补偿后相邻两帧图像信息中的聚焦延伸区域进行特征重合匹配对齐，以获得待观测产品的全聚焦产品图像。2.根据权利要求1所述的大景深观测与表面形貌分析系统，其特征在于：所述聚焦区域子图像的提取判定方法，包括以下步骤：步骤S1、分别截取m*n个像素点所在区域内的图像，m和n均大于1的整数；步骤S2、判断截取的m*n个像素点所在区域内的图像上的各像素点的平均灰度值以及该区域内的相邻像素点间灰度差异系数；步骤S3、采用聚焦清晰评估模型对截取的m*n个像素点所在区域内的图像进行聚焦清晰程度判断，筛选出大于聚焦清晰度阈值的区域内的图像作为聚焦区域子图像。3.根据权利要求2所述的大景深观测与表面形貌分析系统，其特征在于：相邻像素点间灰度差异系数的计算公式：，为第f个像素点所在位置（x，y）与位置（x，y）前、后、上、下方的像素点间的灰度差异系数，、、和分别第f个像素点前后上下位置处的像素点所对应的灰度值。4.根据权利要求3所述的大景深观测与表面形貌分析系统，其特征在于：提取聚焦区域子图像中各像素点p(x,y)的灰度值，判断聚焦延伸区域子图像的区域范围，包括以下步骤：步骤R1、获取聚焦区域子图像中各像素点的灰度值，求平均值，得到聚焦区平均灰度值；步骤R2、将采集的图像信息中的各像素点的灰度值与聚焦区平均灰度值进行对比，筛选出灰度值相对差数值的绝对值小于设定相对灰度值阈值的像素点；步骤R3、以步骤R2中获取的灰度值相对差数值的绝对值小于设定相对灰度值阈值的像素点的位置坐标进行位置布局；
步骤R4、提取灰度值相对差数值的绝对值小于设定相对灰度值阈值的各像素点到初始中心像素点C的位置坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔远驰，魏鑫，韩烁，李恒，张萌，王勇，张嵩，
申请(专利权)人：南京木木西里科技有限公司，
类型：发明
国别省市：