函數(shù)，用于頻率擴(kuò)展；Θ表示朝向角度， 取值范圍在[0,n]，"U"是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算，表示為當(dāng)其中的值為正時(shí)取自身，否則其值為 零；為了使PC值盡可能地接近于隨著相位偏差本身變化，給出了函數(shù)
[0083] 由于LogGabor函數(shù)具有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(jì)算量，與人類視覺系統(tǒng)度量一致等優(yōu)點(diǎn)。本文采用不同尺度和不同方向下的 log-Gabor濾波器來計(jì)算PC的值，其模型是Fiel在1987年提出的，傳遞函數(shù)的形式為：
[0084]
[0085] 式中ω。為濾波器的中心頻率，為保證濾波器的形狀恒定，對(duì)于不同的中心頻率 ω。，β/ω。必須保持不變。如β/ω。當(dāng)為〇. 75時(shí)，該濾波器的帶寬約為1倍頻；值為0. 55 時(shí)，濾波器帶寬約為2倍頻。
[0086] 通過對(duì)剪裁后的熔池圖像進(jìn)行相位一致性計(jì)算，得到熔池圖像的相位一致圖，如 4(b)圖所示。
[0087] (2)熔池相位一致性圖二值邊緣圖
[0088] 僅僅得到全局的相位一致性度量并不足以確定邊緣，因此為確定邊緣，必須保留 局部相位一致性度量最大的點(diǎn)，而抑制非極大值，完成非極大抑制后，會(huì)得到一個(gè)二值圖， 非邊緣點(diǎn)為0,可能為邊緣的局部相位一致度量的極大值點(diǎn)可能包含了很多由噪聲及其他 原因造成的假邊緣，因此需要進(jìn)步處理，采用閾值滯后算法進(jìn)一步檢測(cè)與連接邊緣，選擇兩 個(gè)閾值，由于相位一致性比較穩(wěn)定，因而適合于固定閾值分割，為了得到完整的輪廓，通過 統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，取0. 5合適，若取大了，會(huì)造成邊緣不連續(xù)，若取小了，會(huì)產(chǎn)生更多偽邊緣，根據(jù) 這個(gè)高閾值得到一個(gè)邊緣輪廓，這樣一個(gè)圖像中就包含有很少的假邊緣，但由于閾值較高， 產(chǎn)生圖像的邊緣可能不閉合，為解決這樣一個(gè)問題，采用了另外一個(gè)低閾值，在高閾值圖像 中把邊緣鏈接成輪廓，當(dāng)?shù)竭_(dá)輪廓的端點(diǎn)時(shí)，該算法會(huì)在斷點(diǎn)的8鄰域點(diǎn)中尋找滿足低閾 值的點(diǎn)，選取低閾值是為了進(jìn)一步得到完整邊緣，若取得太小會(huì)產(chǎn)生偽邊緣，若取的太大， 會(huì)造成邊緣不連續(xù)，若選取太大會(huì)得不到熔融金屬液滴的邊緣，得不到完整符合要求的邊 緣經(jīng)過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，選取0. 37的低閾值合適，再根據(jù)此點(diǎn)收集新的邊緣，直到整個(gè)圖像邊緣 閉合。
[0089] 簡(jiǎn)而言之即為先對(duì)熔池相位一致性圖進(jìn)行非最大抑制運(yùn)算；半徑選為1. 5,并在 此基礎(chǔ)上進(jìn)行閾值滯后運(yùn)算，其上、其下限分別取0. 5、0. 37,得到二值邊緣圖，如圖4(c)所 不。
[0090] 步驟四：將二值邊緣圖中的邊緣在步驟二中的二值圖進(jìn)行標(biāo)記，得到熔池邊緣標(biāo) 記圖，若不將相位一致性所檢測(cè)的邊緣進(jìn)行標(biāo)記，將無法將偽邊緣、金屬熔融液滴與熔池區(qū) 域區(qū)分開；
[0091] 將二值邊緣圖中的為1的位置使步驟二中初分割區(qū)域?qū)?yīng)位置為0,得到熔池標(biāo) 記圖，如圖4(d)所示，以達(dá)到濾除為邊緣、得到完整、符合要求的熔池邊緣。
[0092] 步驟五：對(duì)標(biāo)記后的二值圖進(jìn)行精分割，用sobel算子進(jìn)行邊緣提取，如圖4(e)所 不。
[0093] (1)圖像精分割
[0094] 對(duì)標(biāo)記后的二值熔池圖像采用腐蝕、濾除小物體、膨脹（相當(dāng)于精分割），膨脹、腐 蝕（進(jìn)一步填充前面精分割中留下的孔洞）。先對(duì)標(biāo)記圖進(jìn)行腐蝕，使熔池區(qū)域與金屬液滴 區(qū)域各"瘦"一圈，以達(dá)到分離熔池區(qū)域與金屬小液滴的目的，同時(shí)也使小液滴區(qū)域面積變 小，在使用濾除小物體，濾除金屬小液滴區(qū)域，在進(jìn)行膨脹，以保持原熔池區(qū)域不變，進(jìn)步膨 脹、腐蝕使為了填充前面腐蝕留下的孔洞，以達(dá)到盡量減少假邊緣對(duì)熔池提取的影響。
[0095] (2)熔池邊緣提取
[0096] 采用sobel算子對(duì)精分割后的二值圖進(jìn)行熔池邊緣提取，完成整個(gè)邊緣提取過 程。
[0097] 從圖4(e)的結(jié)果可以看出，本發(fā)明所述的提取方法，提取結(jié)果精準(zhǔn)有效。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于相位一致性的激光熔覆熔池邊緣提取方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :獲取原始激光熔覆熔池圖像，并對(duì)熔池圖像進(jìn)行預(yù)處理； 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； 步驟3 :針對(duì)熔池邊界，計(jì)算熔池相位的一致性，得到熔池相位一致圖； 步驟4 :從熔池相位一致圖中提取二值邊緣圖； 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(duì)應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)記，得到熔 池標(biāo)記圖； 所述標(biāo)記過程為將二值邊緣圖中像素值為1的像素對(duì)應(yīng)在步驟2中的熔池邊界上的像 素的像素值置為〇 ; 步驟6 :采用sobel算子對(duì)熔池標(biāo)記圖進(jìn)行邊緣提取，獲得激光熔覆熔池邊緣。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中計(jì)算熔池相位的一致性公式 如下：其中，PC(X)表示熔池相位一致圖中任意點(diǎn)X處傅里葉變換后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(gè)傅里葉分量的幅度大??；表示熔 池邊界圖像中任意點(diǎn)X處傅里葉變換后的Fp n*量的局部相位，柯.ν')表示是熔池邊界圖像中 任意點(diǎn)X所有傅里葉級(jí)數(shù)相位的加權(quán)平均值，3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中計(jì)算熔池相位的一致性公式 如下：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[〇, n]，L·」為數(shù)學(xué)運(yùn)算符號(hào)，表示為當(dāng)其中的值為正時(shí)取自身，否則其值為零； 為相位偏差函數(shù)：4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，采用不同尺度和不同方向下的 Iog-Gabor濾波器來計(jì)算所述PC的值。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述尺度數(shù)量為3,方向數(shù)量為6,相鄰方 向間隔30°。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟4中提取的二值邊緣圖是首先對(duì) 熔池相位一致圖進(jìn)行非最大抑制運(yùn)算操作后，然后再接著進(jìn)行閾值滯后運(yùn)算獲得； 其中，非最大抑制運(yùn)算操作中半徑設(shè)定為1. 5,閾值滯后運(yùn)算中的上限值和下限值分別 為 0. 5 和 0. 37。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟1中的對(duì)熔池圖像進(jìn)行預(yù)處理依 次包括裁剪、濾波及灰度開運(yùn)算操作； 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； 所述濾波操作為對(duì)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 ; 所述灰度腐蝕操作為對(duì)中值濾波操作后的圖像先進(jìn)行腐蝕運(yùn)算，后進(jìn)行灰度膨脹運(yùn) 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。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟2中對(duì)步驟1獲取的經(jīng)預(yù)處理后 的圖像進(jìn)行二值化時(shí)，所選用的二值化分割閾值為〇. 9。
【專利摘要】本發(fā)明公開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(duì)獲取的熔池圖像經(jīng)過剪裁、低通濾波，灰度開運(yùn)算后，使用基于閾值方法，對(duì)熔池進(jìn)行粗步分割，對(duì)剪裁后的熔池圖像進(jìn)行相位一致性計(jì)算，并進(jìn)行邊緣提取，為了得到精準(zhǔn)的邊緣，對(duì)粗分割區(qū)域進(jìn)行精分割，最后用sobel算子對(duì)精分割區(qū)域進(jìn)行邊緣提取。利用相位一致性具有局部對(duì)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(cè)到邊緣，充分利用空間域，頻率域的優(yōu)點(diǎn)，有效的降低了噪聲對(duì)熔池邊緣提取的影響，提高了熔池邊緣提取的精度。
【IPC分類】G06T7/00
【公開號(hào)】CN105427323
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510887172
【發(fā)明人】宋立軍, 劉堅(jiān), 王方華, 向超前, 韓旭
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月7日