一种钢板表面三维重建快速实现方法

摘要

本发明涉及一种钢板表面三维重建的快速实现方法，采用红、绿、蓝三个单色光源沿不同角度同时照明钢板表面，其入射光与钢板轧制速度方向的角度在±50度范围，通过垂直于钢板表面的彩色CCD摄像机拍摄光源照射的钢板表面区域，分离其彩色图像的R、G、B通道，得到近似于红、绿、蓝光源单独照明下获得的三幅图像。本方法的复杂度与图像像素数量呈线性关系，而全局优化算法则呈平方关系，因此算法的耗时大大减少，且本算法的误差要略小于全局优化算法。

主权项

1.一种钢板表面三维重建的快速实现方法，其特征在于：采用红、绿、蓝三个单色光源沿不同角度同时照明钢板表面同一区域，其入射光与钢板轧制速度方向的角度在±50度范围，通过垂直于钢板表面的彩色CCD摄像机拍摄光源照射的钢板表面区域，分离其彩色图像的R、G、B通道，得到近似于红、绿、蓝光源单独照明下获得的三幅图像I_R,I_G,I_B。I_R,I_G,I_B的高h=2ⁿ,宽w=2ⁿ，图像坐标系(x,y)中某点的相对深度为Z(x,y)，梯度矩阵P为深度矩阵Z沿x方向的差分，Q为深度矩阵Z沿y方向的差分，P、Q由I_R,I_G,I_B和光源方向矩阵L得到，P(x,y),Q(x,y)的初始值用P¹,Q¹表示，深度矩阵Z当作小波分解的初始矩阵LL⁰，则Z可以通过式(1)所示的小波分解算法，式(2)所示的递推公式和式(3)所示的小波重构算法得到：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{LH}}^k=D(Q^k*L_D)\\ {\mathrm{HL}}^k=D(P^k*{L_D}^T)\\ {\mathrm{HH}}^k=D(P^k*{H_D}^T)=D(Q^k*H_D)\end{array}\right.---\left(1\right)$$\left\{\begin{array}{c}{P}^k=D(P^{k-1}*L_D*{L_D}^T*L_D)\\ Q^k=D(Q^{k-1}*{L_D}^T*L_D*{L_D}^T)\end{array}\right.---\left(2\right)$LL^k-1＝U(LL^k)*L_R^T*L_R+U(LH^k)*H_R^T*L_R+U(HL^k)*L_R^T*H_R+U(HH^k)*H_R^T*H_R  (3)式(1)、式(2)、式(3)中：■“*”——二维卷积运算；■D(M)——二维下采样，抽取矩阵奇数行、列，D(M)_(x,y)=M_(2x-1,2y-1)；■U(M)——二维上采样，矩阵扩充为(2h+1)×(2w+1)，其中偶数行列：U(M)_(2x,2y)=M_(x,y)，其余项填充0；■LL⁰——小波分解的初始矩阵，Z=LL⁰；■LL^k、LH^k、HL^k、HH^k——第k层分解的低频及高频子带(1≤k≤n)，设LLⁿ中元素的值为0；■P^k,Q^k——k层梯度矩阵(1≤k≤n)，其中P¹,Q¹为P,Q，其余通过递推求得；■L_D=(1,1),H_D=(1,-1)——小波分解低通、高通滤波器；■L_R=(0.5,0.5),H_R=(-0.5,0.5)——小波重构低通、高通滤波器。