專利名稱：基于單幅顯微圖像的腐蝕坑三維信息測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理和計算機(jī)視覺領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單幅顯微照片的腐蝕坑深度、面積及體積估計的方法。并將該技術(shù)應(yīng)用于微小深度的金屬板材表面的腐蝕坑深度(深度小于5mm)、面積及體積測量。
背景技術(shù)：
本發(fā)明屬于一種單目深度估計方法，目前已有的單目深度估計方法主要有基于幾何光學(xué)的方法、基于幾何透視的方法以及利用機(jī)器學(xué)習(xí)和貝葉斯推斷方法進(jìn)行的單目三維重建方法。基于幾何光學(xué)的方法包括聚焦法和散焦法。聚焦法是在焦距可調(diào)的情況下， 使圖像中的目標(biāo)點精確聚焦，根據(jù)透鏡成像原理求得該點相對于相機(jī)的距離，該方法的硬件昂貴、不易實現(xiàn)，而且聚焦定位不準(zhǔn)會帶來誤差。散焦法是根據(jù)模糊程度計算圖像中各點相對于相機(jī)的距離，但是如何準(zhǔn)確建立散焦模型是主要的難點。幾何透視方法是利用透視成像中的幾何約束關(guān)系確定目標(biāo)對象的空間三維信息。利用機(jī)器學(xué)習(xí)和貝葉斯推斷方法進(jìn)行的單目三維重建方法利用多種深度線索和圖像特征，通過訓(xùn)練和學(xué)習(xí)的方法得到待測圖像的深度圖，但這種方法需要采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)，建立樣本庫，計算的性能也需進(jìn)一步提高?？傊?，目前的單目視覺深度估計方法存在自身的局限性，這些問題還沒有得到很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于單幅顯微圖像的腐蝕坑三維信息(深度、面積及體積估計)測量方法。本發(fā)明只需拍攝一幅腐蝕坑的圖片即可以對腐蝕坑的深度、面積及體積等三維參數(shù)做出估計。本發(fā)明原理使用顯微攝像頭拍攝腐蝕坑圖像時，控制顯微攝像頭與測量平面的距離，使顯微攝像頭的焦平面恰好在測量平面。對于有腐蝕坑的區(qū)域，由于腐蝕坑深度的不同，圖像的清晰程度也隨之變化，通過分析被測腐蝕坑顯微圖像不同區(qū)域的清晰程度就可以得出腐蝕坑不同區(qū)域的深度值。這就是本發(fā)明提出的基礎(chǔ)。使用顯微攝像頭拍攝腐蝕坑圖像后，把圖像平均分割為nXn個面積相同的區(qū)域， 其中每個區(qū)域的面積s可以計算出來。分析不同區(qū)域的清晰程度可以估計出該區(qū)域的深度屯，對于包含腐蝕坑的區(qū)域Cli > 0，不包含腐蝕坑的區(qū)域Cli = 0，分析各個區(qū)域的深度值屯， 將最大值作為腐蝕坑的深度D、統(tǒng)計Cli > 0的區(qū)域的個數(shù)k，這樣得到腐蝕坑的面積近似值 S = ks ；然后把每一區(qū)域的深度值Cli乘以區(qū)域的面積值s，得到這一區(qū)域腐蝕坑的近似體積
Sdi,最終將不同區(qū)域的體積值相加得到腐蝕坑的體積值Γ = Y4Sdi。即把腐蝕坑近似為由多
個底面積相同的、高度不同的立方體的疊加。這樣就可以得到腐蝕坑的深度D、面積S、體積 V。本發(fā)明提供的基于單幅顯微圖像的腐蝕坑三維信息測量方法包括
第1、系統(tǒng)標(biāo)定，用顯微攝像頭拍攝一個面積Sfee已知的標(biāo)定物，計算標(biāo)定物圖像的像素數(shù)m，則系統(tǒng)的像素當(dāng)量ε = Sfee/m，即一個像素所對應(yīng)的面積；第2、圖像采集，用顯微攝像頭拍攝被測腐蝕坑的圖像，腐蝕坑顯微圖像的尺寸為 MXN像素；第3、圖像分割，將采集到的被測腐蝕坑的顯微圖像分割為nXn個面積相等的區(qū)
MNMN
域，每個區(qū)域的尺寸都為一X —像素，則每個區(qū)域的面積為S = —X — Xh其中η的取值范
η ηη η
圍為10 100之間的整數(shù)，η與測量精度有關(guān)，η取值越大，測量結(jié)果越準(zhǔn)確，可以根據(jù)測量
精度的需要選擇合適的η值；第4、計算分割后每一區(qū)域的深度估計函數(shù)，通過深度估計函數(shù)估計出每一區(qū)域的深度值屯，i = 1，2，3…n2，對于包含有腐蝕坑的區(qū)域Cli > 0，不包含腐蝕坑的區(qū)域Cli = 0 ；第5、分析比較第4步得到的各個區(qū)域的深度值，將最大值作為腐蝕坑的深度D，并統(tǒng)計Cli > 0的區(qū)域的個數(shù)k，則腐蝕坑面積S近似為S = ks，式中S為圖像分割后每一個區(qū)域的面積；第6、根據(jù)第4步得到的各個區(qū)域的深度值d”以及第3步所述每個區(qū)域的面積
s=M/nXn/nXε腐蝕坑的體積近似為
權(quán)利要求
1.一種基于單幅顯微圖像的腐蝕坑三維信息測量方法，其特征在于該方法包括第1、系統(tǒng)標(biāo)定，用顯微攝像頭拍攝一個面積Sfee已知的標(biāo)定物，計算標(biāo)定物圖像的像素數(shù)m，則系統(tǒng)的像素當(dāng)量ε = Sfee/m，即一個像素所對應(yīng)的面積；第2、圖像采集，用顯微攝像頭拍攝被測腐蝕坑的圖像，腐蝕坑顯微圖像的尺寸為MXN 像素；第3、圖像分割，將采集到的被測腐蝕坑的顯微圖像分割為nXn個面積相等的區(qū)域， 每個區(qū)域的尺寸都為一X—像素，則每個區(qū)域的面積為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第4步所述的計算分割后每一區(qū)域的深度估計函數(shù)的方法包括初步深度估計和精確估計兩部分；初步深度估計對于每個分割的區(qū)域，分別計算公式(1)的值F(i，j)，F(xiàn)(i，j)的值越大表示深度越小，相反，F(xiàn)(i，j)值越小深度越大；
全文摘要
一種基于單幅顯微圖像的腐蝕坑三維信息測量方法。包括系統(tǒng)標(biāo)定，圖像采集，圖像分割，計算分割后每一區(qū)域的深度估計函數(shù)，通過深度估計函數(shù)估計出每一區(qū)域的深度值di，i＝1，2，3…n2，對于包含有腐蝕坑的區(qū)域di＞0，不包含腐蝕坑的區(qū)域di＝0；將深度最大值作為腐蝕坑的深度D，并統(tǒng)計di＞0的區(qū)域的個數(shù)k，則腐蝕坑面積S近似為S＝ks；體積近似為該方法操作簡單，成本低，且不同于雙目立體視覺或多目立體視覺方法需要從不同角度拍攝目標(biāo)圖像，避免了繁瑣的攝像機(jī)標(biāo)定、對應(yīng)點匹配和視差估計過程；而且本方法對于數(shù)據(jù)源的要求不高，能夠直接對普通的顯微圖像進(jìn)行深度估計及相關(guān)測量。
文檔編號G01B11/28GK102506745SQ201110360718
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者姜嘯宇, 王茂榕, 萇浩, 趙彩敏, 趙思寧, 邢志廣, 鐘聲, 魏臻 申請人:天津理工大學(xué)