專利名稱：一種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法。
背景技術(shù)：
無(wú)色差立體字符在エ業(yè)生產(chǎn)和物流領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，這類字符的突出特點(diǎn)是“無(wú)色差”、“立體”。字符與背景同顔色，但字符與背景的高度不同，屬于立體字符。圖I是ー個(gè)在鋼材上廣泛應(yīng)用的立體字符實(shí)例。

由于字符與背景同顔色，直接用相機(jī)采集字符圖像效果不理想，字符識(shí)別效果差，為此，公開(kāi)號(hào)為CN102222224A (—種無(wú)色差立體標(biāo)識(shí)字符圖像采集方法)的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了ー種立體字符圖像采集方法，有效解決了無(wú)色差立體字符的圖像采集問(wèn)題，圖2是其系統(tǒng)原理圖，可見(jiàn)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多行字符的掃描，其需要采用ー維移動(dòng)裝置(圖中6所示)，帶動(dòng)立體字符(圖中3所示)進(jìn)行ー維移動(dòng)，這樣不僅系統(tǒng)較復(fù)雜、體積大，且掃描速度慢，在工程應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)較難。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種新的實(shí)現(xiàn)方案ー種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法，本發(fā)明的方案將激光掃描振鏡用于立體字符的圖像采集，不采用移動(dòng)裝置、不需要一維移動(dòng)裝置就可以實(shí)現(xiàn)快速、大范圍的立體字符圖像采集，更易于實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 ー種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法，步驟如下(I)圖像采集通過(guò)激光掃描振鏡將單線激光器發(fā)射的激光光條分時(shí)反射到立體字符表面，再用相機(jī)采集畸變的光條圖像，然后再將光條的畸變信息轉(zhuǎn)換為字符的灰度信息，得到字符的灰度圖像。圖3所示為圖像采集的原理圖，部件2是單線激光器，它可以投射出線寬為IOOum左右的單線激光光條；激光光條通過(guò)偏振片(部件3)后投射在反射鏡(部件5)上，反射鏡由掃描振鏡(部件4)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，激光光條被分時(shí)反射到立體字符(部件8)的不同截面上，控制相機(jī)(部件I)拍攝下多幅不同截面的激光光條圖像，由于激光光條會(huì)被高出字符載體(部件9)的立體字符(部件8)所調(diào)制，激光光條會(huì)發(fā)生畸變，且畸變量和字符高度有夫。因此，只要將光條的畸變信息變?yōu)閳D像的灰度信息就可以得到立體字符的灰度圖像。圖中部件6顯示了掃描振鏡在不同旋轉(zhuǎn)角度下的光平面圖像，以及投射到立體字符(部件8)表面的光條圖像?？梢?jiàn)，只需控制掃描振鏡(部件4)轉(zhuǎn)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)多行字符的掃描。而不需要專門的移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)立體字符(部件8)運(yùn)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)多行掃描。(2)圖像處理為使光條能準(zhǔn)確的從背景中提取出來(lái)，需要對(duì)光條進(jìn)行圖像處理，本發(fā)明采用了一種基于ニ階梯度圖的方案實(shí)現(xiàn)激光光條從背景的提取即先對(duì)上述得到的畸變光條的灰度圖像進(jìn)行高斯濾波，然后再進(jìn)行ニ階梯度運(yùn)算，得到光條原始圖像(原始圖像就是指上述得到的畸變光條的灰度圖像)的ニ階梯度圖，在ニ階梯度圖上將光條從背景中分離出來(lái)；高斯函數(shù)的尺度因子O的取值在3. 5^4. 5之間；(3)光條畸變量的誤差補(bǔ)償在步驟(I)的圖像采集方案中，對(duì)應(yīng)于不同的激光平面，相同的立體字符高度得到的光條畸變量并不相同。如圖4為激光平面(部件6)與參考平面(部件10)的夾角分別為0丨=55°和9 N = 40°吋，同樣的字符高度(H=0. 4mm)得到的畸變光條圖像?？梢?jiàn)，其畸變量差別是比較大的，為使同樣高度的字符產(chǎn)生相同的畸變量。需要對(duì)光條畸變量進(jìn)行 誤差補(bǔ)償，其補(bǔ)償方法為A X1 J = A Xi+ A xiN ；其中，Ax' i是補(bǔ)償后的畸變量；Axi是補(bǔ)償前的畸變量；Axffl是激光平面0 i和激光平面％ = 40°對(duì)應(yīng)的畸變量之間的差值。(4)將激光光條的畸變量轉(zhuǎn)換為字符的灰度值對(duì)在不同激光平面處得到的畸變光條圖像，提取其光條中心并采用步驟(3)進(jìn)行偏移量補(bǔ)償后，采用專門設(shè)計(jì)的畸變量-灰度轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的特點(diǎn)如下I.本發(fā)明提出的基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理實(shí)現(xiàn)方法，不需要立體字符和激光器及相機(jī)之間相對(duì)移動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)大范圍的圖像采集，既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又提高了掃描速度，易于實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。2.本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于ニ階梯度圖的圖像處理方法可以有效消除圖像背景干擾，將光條從背景中精確地提取出來(lái)。3.本發(fā)明設(shè)計(jì)的光條畸變量補(bǔ)償方法，可以補(bǔ)償不同激光平面得到的光條畸變圖像，使灰度變換后的字符圖像灰度均勻，易于后續(xù)的圖像處理與識(shí)別。


圖I :無(wú)色差立體字符的應(yīng)用實(shí)例——鋼材標(biāo)牌。圖2 :公開(kāi)號(hào)為CN102222224A的中國(guó)發(fā)明專利中的立體字符圖像采集原理圖，其中1、單線結(jié)構(gòu)激光器；2、攝像機(jī)；3、立體字符；4、字符載體；5、單線結(jié)構(gòu)光線；6、移動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖3 :本發(fā)明的圖像采集原理示意圖，其中，I、相機(jī)；2、單線激光器；3、偏振片；4、掃描振鏡；5、反射鏡；6、激光平面；7、系統(tǒng)平臺(tái)；8、立體字符；9、字符載體；10、參考平面；11、帶通濾波器。圖4 :激光平面與參考平面的夾角分別為9 i = 55°和0 N = 40°吋，同樣的字符高度(H=0. 4mm)得到的畸變光條圖像，其中，(^S1 = 55。，(b) 0 N = 40。。圖5:本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型示意圖，其中，I、相機(jī)；2、單線激光器；3、反射鏡；4、激光平面；5、參考平面。圖6 :采用實(shí)施例步驟(I)所示的步驟得到的多幅畸變光條圖像。圖7 :采用實(shí)施例步驟(2)的圖像處理方法得到的圖像，其中，(a)是兩幅處理前的圖像；(b)是兩幅處理后圖像。圖8 :采用實(shí)施例步驟(2)提取到的光條中心圖像。圖9:對(duì)圖I所示的鋼鐵用エ業(yè)標(biāo)牌所采集的最終字符圖像，其中，(a)是僅采用步驟(4)得到的圖像；(b)是采用步驟(3)畸變量補(bǔ)償后再采用步驟(4)得到的字符圖像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的說(shuō)明。實(shí)施例I ー種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法(I)圖像采集的具體實(shí)施方案如下圖5是對(duì)應(yīng)于圖3的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，為得到理想的激光光條圖像，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)建模和理論推導(dǎo)，確定的實(shí)施方案如下通過(guò)激光掃描振鏡將單線激光器發(fā)射的激光光條分時(shí)反射到立體字符表面，再用相機(jī)采集畸變的光條圖像，然后再將光條的畸變信息轉(zhuǎn)換為字符的灰度信息，得到字符的灰度圖像；相機(jī)鏡頭中心0c，線激光器軸心以及反射鏡的中心線設(shè)計(jì)在同一平面上，且該平面與參考平面(部件5)平行，兩平面之間的距離OpOg = OcOcx = 15(Tl80mm ;相機(jī)鏡頭中心Oc與反射鏡中心點(diǎn)Op之間的距離為OpOg的I. 5倍；相機(jī)的光軸Zc與參考平面的垂線OcOcx之間的夾角P =30° ;光平面與參考平面的夾角最大值為eェ=60°，最小值為9N=40° o(2)圖像處理與光條中心提取的具體實(shí)施方案如下圖像處理采用了一種基于ニ階梯度圖的方案即先對(duì)上述得到的畸變光條的灰度圖像進(jìn)行高斯濾波，然后再進(jìn)行ニ階梯度運(yùn)算，得到光條原始圖像(原始圖像就是指上述得到的畸變光條的灰度圖像)的ニ階梯度圖，在ニ階梯度圖上將光條從背景中分離出來(lái)；具體處理過(guò)程如下
權(quán)利要求
1.一種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法，其特征在于步驟如下 (1)圖像米集 通過(guò)激光掃描振鏡將單線激光器發(fā)射的激光光條分時(shí)反射到立體字符表面，再用相機(jī)采集畸變的光條圖像，然后再將光條的畸變信息轉(zhuǎn)換為字符的灰度信息，得到字符的灰度圖像； (2)圖像處理先對(duì)上述得到的畸變光條的灰度圖像進(jìn)行高斯濾波，然后再進(jìn)行二階梯度運(yùn)算，得到光條原始圖像的二階梯度圖，在二階梯度圖上將光條從背景中分離出來(lái)；高斯函數(shù)的尺度因子σ的取值在3. 5^4. 5之間； (3)光條畸變量的誤差補(bǔ)償 對(duì)光條畸變量進(jìn)行誤差補(bǔ)償，其補(bǔ)償方法為Δχ, j = Axi+Axffl ； 其中，ΛΧ' i是補(bǔ)償后的畸變量；Axi是補(bǔ)償前的畸變量；AxiN是激光平面Qi和激光平面θ N = 40°對(duì)應(yīng)的畸變量之間的差值； (4)將激光光條的畸變量轉(zhuǎn)換為字符的灰度值 采用步驟(3 )進(jìn)行偏移量補(bǔ)償后，采用畸變量-灰度轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的，種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法，其特征在于所述步驟(I)圖像采集時(shí)，相機(jī)鏡頭中心Oc，線激光器軸心以及反射鏡的中心線設(shè)計(jì)在同一平面上，且該平面與參考平面平行，兩平面之間的距離OpOg = OcOcx = 15(Tl80mm ；相機(jī)鏡頭中心Oc與反射鏡中心點(diǎn)Op之間的距離為OpOg的I. 5倍；相機(jī)的光軸Zc與參考平面的垂線OcOcx之間的夾角β =30° ;光平面與參考平面的夾角最大值為Q1 = 60°，最小值為ΘΝ = 40°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的，種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法，其特征在于所述步驟(2)圖像處理具體過(guò)程為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的，種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法，其特征在于所述步驟(3)光條畸變量的誤差補(bǔ)償具體過(guò)程為設(shè)H是立體字符的高度，對(duì)應(yīng)于任意激光平面Θ i的光條中心畸變量為 Δ Xi = H · (-f · (cos β · ctg Θ j+A · sin β · ctg Θ j+sin β -A · cos β ) /s (4) 則Θ i激光平面處補(bǔ)償后的光條畸變量為 Δχ' j = Δ Xi+Δ xiN (5) 其中，AXiN為Qi處的偏移量和θ N = 40°處畸變量的差值，通過(guò)下式來(lái)確定Δ xiN = Δ χΝ- Δ Xi = H · f · (cos β +A · sin β ) · (ctg Θ「ctg Θ N) /s (6) 以上各式中的參數(shù)為A是一個(gè)常數(shù)，其取值I. 5 1. 8之間，β和ΘΝ如步驟(I)所述；s = OpOg/cosP，其取值在175 205mm之間，f是鏡頭的焦距，為12mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的，種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法，其特征在于所述步驟(4)將激光光條的畸變量轉(zhuǎn)換為字符的灰度值具體為 采用畸變量-灰度轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換 光條的偏移量向字符灰度轉(zhuǎn)換的公式為 g(Xi, y) = a(xi； y) ±k · Δ (xi； y) (7) 其中，g(Xi，y)是掃描一行字符的第i幅激光光條灰度轉(zhuǎn)換后的灰度圖，i = 1，2吣1此一, 256處，M = 20 ; (Xi, y)是圖像的坐標(biāo)值；a(Xi, y)圖像的背景灰度，a(Xi, y) = O; ^ = ~inax( Δ )是一個(gè)像素的畸變量所對(duì)應(yīng)的灰度值，其取值在25 40之間；η 3χ(Δ~)是θ Ν = 40°時(shí)，字符高度H對(duì)應(yīng)的最大偏移像素個(gè)數(shù)；Δ (Xi, y)是在(Xi，y)處的實(shí)際偏移量，由實(shí)際采集到的畸變光條確定； 最后，通過(guò)下式將多幅圖像疊加，得到最終的字符灰度圖像 = = ,2···Ν (8) [α(χ.，y)i 本 \,2 …N
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理方法，步驟如下(1)圖像采集通過(guò)激光掃描振鏡將單線激光器發(fā)射的激光光條分時(shí)反射到立體字符表面，再用相機(jī)采集畸變的光條圖像，然后再將光條的畸變信息轉(zhuǎn)換為字符的灰度信息，得到字符的灰度圖像。(2)圖像處理采用基于二階梯度圖的方案實(shí)現(xiàn)激光光條從背景的提取。(3)光條畸變量的誤差補(bǔ)償補(bǔ)償方法為Δx′i＝Δxi+ΔxiN。(4)將激光光條的畸變量轉(zhuǎn)換為字符的灰度值。本發(fā)明提出的基于掃描振鏡的立體字符圖像采集及處理實(shí)現(xiàn)方法，不需要立體字符和激光器及相機(jī)之間相對(duì)移動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)大范圍的圖像采集，既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又提高了掃描速度，易于實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
文檔編號(hào)G06K9/32GK102768728SQ20121021436
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者李學(xué)勇, 路長(zhǎng)厚 申請(qǐng)人:山東大學(xué)