高温物体测量中图像质量补偿方法

摘要

本发明高温物体测量中图像质量补偿方法属于高温物体测量领域，特别涉及视觉测量高温物体时图像质量实时补偿的方法。补偿方法使用可调光强激光器照射待测高温物体表面，高温物体表面反射的激光与高温物体辐射强光经滤光片过滤后，实现大多数高温物体辐射强光的有效滤除；剩余部分高温物体辐射强光与高温物体反射激光使相机成像。根据不同温度下滤光片通带内辐射光的光强变化趋势，实时调整激光器输出光强使其与辐射光光强变化趋势相匹配，最终实现大温度梯度内高温物体特征光条清晰成像。补偿方法通过建立的补偿模型实时调整辅助激光器补偿参数，实现高温物体图像质量的实时修正，从而实现不同温度下高温物体图像的清晰获取。

主权项

一种高温物体测量中图像质量补偿方法，其特征在于，补偿方法使用可调光强激光器(3)照射待测高温物体(1)表面，高温物体(1)表面反射的激光(B)与高温物体(1)辐射强光(A)经滤光片(4)过滤后，实现大多数高温物体(1)辐射强光(A)的有效滤除，剩余部分高温物体(1)辐射强光(A)与高温物体(1)反射激光(B)使相机(5)成像，其中含有特征光条(7)信息的高温物体(1)图像可由工作站显示器(6)实时观测，同时，根据不同温度下滤光片(4)通带内辐射光的光强变化趋势，实时调整激光器(3)输出光强使其与辐射光(A)光强变化趋势相匹配，最终实现大温度梯度内高温物体特征光条(7)清晰成像；补偿方法由以下步骤来确定：步骤1：首先以图像中光条灰度为信号、锻件背景灰度为噪声的图像SNR模型，图像SNR模型如下所示：其中，G_sl为光条灰度，G_bf为锻件背景灰度；由CCD光电转换特性知，图像灰度G与CCD曝光量E，曝光时间t之间的关系表示为：G＝a(Et)^γ+G_b        (2) 其中，a是CCD响应率，t是曝光时间，E是CCD单位时间受到的照度，Et为曝光量，γ是光电转换系数，γ≈1，G_b是暗电流引起的图像灰度；对于高质量CCD而言，a(tE)^γ远大于G_b；理论SNR公式表述为：其中，E_sl相机接收光条的总照度，E_bf是相机接收锻件背景的总照度；E_l(P)是相机接收锻件表面激光反射光的照度，E_f(T)相机接收高温锻件自身辐射照度，E_a相机接收锻件表面反射环境光的照度；步骤2：高温锻件自身辐射光照度E_f(T)表示为：其中，M₀(λ,T)是普朗克黑体辐射公式，λ为波长，T为开尔文温度，ε锻件表面发射率，ds是锻件表面上任一微面，θ是ds法矢与相机光轴的夹角，η_ccd(λ)为CCD光谱响应特性，μ_(λ)为滤光片光谱透过率，Ω₀是锻件发射总立体角，d是锻件到相机之间的距离，(λ_min,λ_max)是滤波片通带范围；步骤3：锻件表面激光反射光照度E_l(P)表述为：其中，ε是锻件表面发射率，P是激光功率，ds是锻件表面上任一微面，θ是ds法矢与相机光轴的夹角，θ₁锻件表面法矢与激光入射方向的夹角，η_ccd(λ)为激光波长为λ时CCD感光响应值，μ_(λ)为激光波长为λ时滤光片透过率，d2是激光与锻件之间的距离，Ω₀是锻件发射总立体角，d是锻件到相机之间的距离；步骤4：锻件表面环境反射光照度E_a表述为：其中，E是透过滤光片环境光的照度，ε锻件表面发射率，θ是ds法矢与相机光轴的夹角，η_ccd为CCD光谱响应系数，Ω₀是锻件发射总立体角，d是 锻件到相机之间的距离；步骤5：基于可调光强的图像SNR实时补偿方法的补偿公式如下：E_l(P)_min≥(SNR_(min)‑1)·(E_f(T)+E_a)        (7) 其中，SNR_(min)为满足测量要求的最小信噪比，E_l(P)_min为最小激光反射光照度，E_f(T)为锻件辐射照度，E_a为环境光照度；因E_l(P)_min是P的正比例函数，且比例系数大于0，因此不同温度下激光器功率补偿参数表示为：P_min≥a·(SNR_(min)‑1)·(E_f(T)+E_a)       (8) 上式中P_min为满足SNR_(min)要求的最小激光器输出功率，为实验相关参数，视实验现场情况决定；因此公式8简化为：P_min≥K₁E_f(T)+K₂        (9) 其中，P_min为满足SNR_(min)要求的最小激光器输出功率，K₁＝a·(SNR_(min)‑1)，K₂＝a·(SNR_(min)‑1)·E_a为补偿模型的两个补偿系数，E_f(T)为锻件辐射照度，是随温度变化的变量；通过上述步骤实现高温物体图像质量的实时修正，从而实现不同温度下高温物体图像的清晰获取。