一種基于相位一致性的激光熔覆熔池邊緣提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光熔覆圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于相位一致性的激光熔覆熔 池邊緣提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光熔覆是利用高能激光束將基體表面薄熔覆層材料同時熔化，使二者達(dá)到冶金 結(jié)合的一種特種加工技術(shù)。該技術(shù)主要應(yīng)用于零件修復(fù)、涂層加工、堆積成形等工藝過程。 控制激光熔池的形態(tài)是保證激光熔覆件質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而激光熔覆中工藝參數(shù)的選取將 直接影響熔池的幾何尺寸，因此，準(zhǔn)確獲取激光熔池的幾何形狀與工藝參數(shù)之間的關(guān)系十 分重要，準(zhǔn)確地提取熔池邊緣是提取熔池幾何參數(shù)的先決條件，考慮到激光加工的高能特 性，非接觸的視覺激光熔覆熔池檢測是當(dāng)前的主流研究方法之一。激光熔覆過程中，存在著 激光對基體的弧光、熔融金屬液滴等干擾，易導(dǎo)致熔池邊緣難以提取，因而研究抗干擾能力 強的激光熔覆熔池邊緣提取算法對熔覆質(zhì)量研究意義重大。
[0003] 在獲取激光熔池熔覆圖像后，相關(guān)熔池邊緣提取技術(shù)存在很大的缺陷，大部分不 是很穩(wěn)定，精度也很差，僅僅可以處理干擾較少的激光熔池熔覆圖像，而且人為的主觀因素 很大，當(dāng)閾值選擇不當(dāng)時就會出現(xiàn)錯誤。
[0004] 比如傳統(tǒng)的單純canny,sobel(索貝爾）等算子提取恪池邊緣時容易產(chǎn)生很多偽 邊緣，毛刺等影響熔池邊緣提取的干擾，以及灰度閾值分割和灰度梯度等技術(shù)方法，這些方 法容易受噪聲的影響，魯棒性差，而且把熔池邊緣放大亦或是放小，導(dǎo)致提取的熔池邊緣不 準(zhǔn)確；再者比如標(biāo)準(zhǔn)的Otsu閾值技術(shù)被用來從背景區(qū)域分割出熔池區(qū)域，如果熔池上方?jīng)] 有模糊的區(qū)域那么這種方法可以檢測出熔池邊界，否則這種方法是失敗的。而且由于一些 方法的問題即使是沒有耀斑和模糊區(qū)域的照片這種方法也會周期性的失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于為了降低激光熔覆熔池圖像中存在著弧光、金屬小液滴等干擾 對熔池邊緣提取造成了干擾，提出基于相位一致性的熔池邊緣提取方法，較好的降低了弧 光、金屬小液滴等干擾對熔池邊緣提取造成的干擾，提高了熔池邊緣提取精度，為開發(fā)魯棒 性更強的熔池邊緣提取算法提供了新方法。
[0006] 一種基于相位一致性的激光熔覆熔池邊緣提取方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :獲取原始激光熔覆熔池圖像，并對熔池圖像進(jìn)行預(yù)處理；
[0008] 步驟2 :將步驟1獲取的經(jīng)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化處理，獲得熔池邊界；
[0009] 步驟3 :針對熔池邊界，計算熔池相位的一致性，得到熔池相位一致圖；
[0010] 步驟4 :從熔池相位一致圖中提取二值邊緣圖；
[0011] 步驟5 :將二值邊緣圖中的邊緣在步驟2中的熔池邊界上的對應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)記，得 到恪池標(biāo)記圖；
[0012] 所述標(biāo)記過程為將二值邊緣圖中像素值為1的像素對應(yīng)在步驟2中的熔池邊界上 的像素的像素值置為ο;
[0013] 步驟6:采用sobel算子對熔池標(biāo)記圖進(jìn)行邊緣提取，獲得激光熔覆熔池邊緣。
[0014] 所述步驟3中計算熔池相位的一致性公式如下：
[0015]
[0016] 其中，PC(x)衣不格日世一5義團(tuán)十1士?好、X處將生叮艾伏厄所有傅里葉分量的 局部相位的一致性程度；??"表示熔池邊界圖像的第η個傅里葉分量的幅度大?。槐?示熔池邊界圖像中任意點X處傅里葉變換后的Fpn分量的局部相位，:表示是熔池邊界圖 像中任意點X所有傅里葉級數(shù)相位的加權(quán)平均值，
[0017]【可以看出，的差值越小，即相位的一致性越大，則PC(x)的取值越高。 因此尋找PC(x)最大值的過程，就相當(dāng)于尋找最小值的過程，具體計算可以詳細(xì) 參考文獻(xiàn)馬赫帶現(xiàn)象研究。】
[0018] 所述步驟3中計算熔池相位的一致性公式如下：
[0019]
1234567 其中，T是噪聲干擾閥值；ε是修正因子，取值為避免分母為零的常數(shù)，小于 0.0001 ;W(x，Θ)為頻率傳播加權(quán)函數(shù)，Θ表示求取不同方向局部最大能量的朝向角度，取 值范圍在[0,n]，Ld為數(shù)學(xué)運算符號，表示為當(dāng)其中的值為正時取自身，否則其值為零； 2 的為相位偏差函數(shù)： 3
4 采用不同尺度和不同方向下的log-Gabor濾波器來計算所述PC的值。 5 所述尺度數(shù)量為3,方向數(shù)量為6,相鄰方向間隔30°。 6 【相位一致性方法來自于局部能量的概念，而直接利用上述公式計算相位一致性 度量PC非常復(fù)雜，因此，Venkatesh和Owen[14]提出了通過尋找局部能量函數(shù)的峰值得到 相位最為一致的點。 7 由于Log Gabor函數(shù)能夠在亮度跨度很大的條件下處理圖像，可覆蓋很大頻 率范圍，減少計算量，與人類視覺系統(tǒng)度量一致。故本文采用不同尺度和不同方向下的 log-Gabor濾波器來計算PC的值，其模型是Fiel [16]在1987年提出的，其相關(guān)內(nèi)容網(wǎng)上 均可查到。
[0027] 用LogGabor函數(shù)式子就可以計算出相位一致量PC。】
[0028] 所述步驟4中提取的二值邊緣圖是首先對熔池相位一致圖進(jìn)行非最大抑制運算 操作后，然后再接著進(jìn)行閾值滯后運算獲得；
[0029] 其中，非最大抑制運算操作中半徑設(shè)定為1. 5,閾值滯后運算中的上限值和下限值 分別為0.5和0.37。
[0030] 所述步驟1中的對熔池圖像進(jìn)行預(yù)處理依次包括裁剪、濾波及灰度開運算操作；
[0031] 所述裁剪是指將原始激光熔覆熔池圖像裁剪成大小為150*150像素，且使得熔池 區(qū)域位于中心區(qū)域，以及熔池區(qū)域面積大小為裁剪后圖像面積的四分之一到三分之一之 間；
[0032] 所述濾波操作為對裁剪后的圖像進(jìn)行中值濾波操作，所選的二維模板大小為 3*3 ;
[0033] 所述灰度腐蝕操作為對中值濾波操作后的圖像先進(jìn)行腐蝕運算，后進(jìn)行灰度膨脹 運算，所選結(jié)構(gòu)元素為正方形3*3的結(jié)構(gòu)，高度都為1。
[0034]【以達(dá)到濾除噪聲，保持邊緣細(xì)節(jié)的目的?！?br>[0035] 所述步驟2中對步驟1獲取的經(jīng)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行二值化時，所選用的二值化 分割閾值為〇. 9。
[0036] 有益效果
[0037] 本發(fā)明提供了一種基于相位一致性的激光熔覆熔池邊緣提取方法，該方法通過對 獲取的熔池圖像經(jīng)過剪裁、低通濾波，灰度開運算后，使用基于閾值方法，對熔池進(jìn)行粗步 分割，對剪裁后的熔池圖像進(jìn)行相位一致性計算，并進(jìn)行邊緣提取，為了得到精準(zhǔn)的邊緣， 對粗分割區(qū)域進(jìn)行精分割，最后用sobel算子對精分割區(qū)域進(jìn)行邊緣提取。這種基于相位 一致性的激光熔覆邊緣的方法與基于灰度閾值分割、灰度梯度等傳統(tǒng)方法相比，利用相位 一致性具有局部對比度不變的特性，不僅在弧光區(qū)域，甚至在金屬液滴與熔池相連的區(qū)域 都能檢測到邊緣，充分利用空間域，頻率域的優(yōu)點，有效的降低了噪聲對熔池邊緣提取的影 響，提高了熔池邊緣提取的精度。針對激光熔覆中存在著激光對基體的浮光、小金屬液滴等 干擾，采用傳統(tǒng)的方法邊緣難以提取，而本發(fā)明所述方法較好地降低了干擾對熔池邊緣提 取的影響。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明所述方法的具體實例的流程示意圖；
[0039] 圖2為熔池邊界圖像灰度直方圖；
[0040] 圖3為傅里葉級數(shù)展開示意圖，其中，（a)為方波，（b)為三角波；
[0041] 圖4為應(yīng)用本發(fā)明所述方法對熔池圖進(jìn)行邊緣提取的過程示意圖，其中，（a)為剪 裁后原圖像，（b)為熔池的相位一致性圖，（c)熔池邊緣檢測圖，（d)為熔池標(biāo)記圖，（e)為 熔池邊緣提取圖。
【具體實施方式】
[0042] 下面將結(jié)合