基于偏振成像的零部件表面粗糙度各向异性参数测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于偏振成像的零部件表面粗糙度各向异性参数测量方法，首先获取被测零部件四个偏振角度的灰度图像，根据Stokes矢量计算零部件的偏振相角图像，从中提取出偏振相角子图像作为待测区域，建立不同角度的测试线模块，空间滤波模块分别与偏振相角子图像做空间滤波运算，提取出不同角度测试线空间滤波结果求取标准差，最后根据二维组构张量模型得到零部件的粗糙度各向异性参数。本发明专利技术与传统触摸、剖切和计算机视觉方法相比具有可靠性高不依赖人员主观经验、非接触式避免了切割过程对测量结果的影响、特征提取准确的优势，同时偏振检测设备成本低、体积小、重量轻，更加适用于实际工况环境中。用于实际工况环境中。用于实际工况环境中。

【技术实现步骤摘要】
基于偏振成像的零部件表面粗糙度各向异性参数测量方法


[0001]本专利技术属于计算机视觉
，具体涉及一种零部件表面粗糙度各向异性参数测量方法。

技术介绍

[0002]工业零部件的基本机械加工方法主要包括车削、铣削、刨削、磨削等，在加工过程中利用刀具和零部件表面之间产生的往复运动来达到“车铣刨磨”工件表面的目的。零部件在与刀具的往复运动中会形成各向异性的表面，具体表现为粗糙度沿零部件表面的不同方向存在差异。表面各向异性和零部件结合面的接触特性息息相关，会对零部件的摩擦磨损、接触阻尼、传热导电、密封性能、机械性能等产生影响，因此测量零部件表面粗糙度各向异性在实际工程中有着重要价值。
[0003]现有的测量方法主要分为触摸法、剖切法和计算机视觉方法，其中触摸法是有经验的操作工人通过手工触摸进行测量，这种方法依靠工作人员的经验可靠性不高；剖切方法是将零部件沿不同方向进行切割，通过研究切割断面进行测量，这种方法实施难度大，且切割过程中可能改变剖切表面的几何形态使得测量结果不准确；现有计算机视觉方法通过对目标表面进行三维重建开展测量，但大量工业零部件表面光滑且纹理稀疏，这使得零部件表面的特征点检测困难、三维重建结果精度低、可靠性差。
[0004]基于偏振成像的测量方法是一种非接触式方法，这种方法基于如下实验发现：当零部件沿某一方向的粗糙程度越小，该方向偏振相角图像灰度值的离散程度越低；零部件沿某一方向的粗糙程度越大，该方向偏振相角图像灰度值的离散程度越高。因此通过建立零部件表面沿不同方向的偏振相角图像信息和粗糙度信息的关联模型，即可利用模型计算出待测表面的粗糙度各向异性参数，该方法对被测零件表面无伤害，且具有成本低、精度高、测量系统小型化的优点。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于偏振成像的零部件表面粗糙度各向异性参数测量方法，首先获取被测零部件四个偏振角度的灰度图像，根据Stokes矢量计算零部件的偏振相角图像，从中提取出偏振相角子图像作为待测区域，建立不同角度的测试线模块，空间滤波模块分别与偏振相角子图像做空间滤波运算，提取出不同角度测试线空间滤波结果求取标准差，最后根据二维组构张量模型得到零部件的粗糙度各向异性参数。本专利技术与传统触摸、剖切和计算机视觉方法相比具有可靠性高不依赖人员主观经验、非接触式避免了切割过程对测量结果的影响、特征提取准确的优势，同时偏振检测设备成本低、体积小、重量轻，更加适用于实际工况环境中。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0007]步骤1：获取待测零部件四个偏振角度的灰度图像，并计算待测零部件的偏振相角图像，从偏振相角图像中提取出a
×
a像素规模的偏振相角子图像A作为待测区域；
[0008]步骤2：建立分别含有不同角度测试线的空间滤波器模块180个，每个空间滤波器模块的像素规模为a
′×
a
′
，a
′
<a；
[0009]步骤3：将180个空间滤波器模块分别与偏振相角子图像A做空间滤波运算，得到180组偏振相角图像标准差值，并分别计算每组偏振相角图像标准差值的平均值，作为180个不同角度测试线对应的标准差值；
[0010]步骤4：利用步骤3得到的180个标准差，根据二维组构张量模型得到零部件的粗糙度各向异性参数。
[0011]进一步的，所述步骤1具体方法为：
[0012]利用分焦平面偏振相机或在CCD相机前安装并旋转线偏振片的方式，获取被测零部件0
°
、45
°
、90
°
、135
°
四个偏振角度的灰度图像，根据Stokes矢量方法计算零部件的偏振相角图像，从偏振相角图像中提取出a
×
a像素规模的偏振相角子图像A作为待测区域。
[0013]进一步地，所述Stokes矢量方法具体如下：
[0014]用四个参数构成的一个向量来对光的偏振态进行描述，即Stokes矢量：
[0015][0016]其中，I代表总光照强度，Q代表0
°
方向上线偏振光光照强度，U代表45
°
方向上线偏振光的光照强度，V代表圆偏光的光照强度，圆偏分量忽略不计；；I
0o
、I
45o
、I
90o
、I
135o
分别表示0
°
、45
°
、90
°
和135
°
偏振方向所拥有的光强，I
lh
、I
rh
分别表示左旋圆偏光和右旋圆偏光所对应的光强；
[0017]根据Stokes矢量计算光的偏振相角，即：
[0018][0019]进一步的，所述步骤2中的不同角度为0
°
，1
°
，...，179
°
。
[0020]进一步的，所述步骤3具体为：
[0021]所述空间滤波器由一个像素邻域和对该邻域包裹的图像像素执行的预定义操作组成；滤波产生一个新像素，像素的值是滤波操作的结果；空间滤波器为只有0值或1值的黑白图像，首先计算其计入的像素点个数N：
[0022][0023]式中，w(i,j)表示滤波器在相应位置处的系数，每个空间滤波器模块的像素规模为a
′×
a
′
，a
′
<a；
[0024]然后进行非线性空间滤波操作；对于选定的测试线角度θ，图像中的任意一点(x,y)滤波器的响应g
θ
(x,y)是滤波器系数与由该滤波器包覆的图像像素的乘积的标准差：
[0025][0026][0027]式中，f(x+i
‑
1,y+j
‑
1)表示图像中点f(x+i
‑
1,y+j
‑
1)处的像素值；
[0028]计算得到待测图像中所有像素点的响应之后，对其求平均即得到该测试线角度θ所对应的标准差数值δ
θ
，其中N
′
表示滤波器响应值g
θ
(x,y)的个数；
[0029][0030]进一步的，所述步骤4具体为：利用步骤3得到的180个标准差，绘制出角度
‑
标准差雷达图，并根据二维组构张量模型得到零部件的粗糙度各向异性参数并绘制出雷达图。
[0031]进一步地，所述二维组构张量模型T
ij
即零部件表面粗糙度的各向异性参数表示为：
[0032][0033][0034]其中，A2、B2是二维组构张量的分量用以表示粗糙度方向分布的各向异性程度，θ表示空间滤波器中测试线的角度，N表示总的空间滤波器数量，δ
θ
是步骤3得到的标准差。
[0035]本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振成像的零部件表面粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取待测零部件四个偏振角度的灰度图像，并计算待测零部件的偏振相角图像，从偏振相角图像中提取出a
×
a像素规模的偏振相角子图像A作为待测区域；步骤2：建立分别含有不同角度测试线的空间滤波器模块180个，每个空间滤波器模块的像素规模为a
′×
a
′
，a
′
<a；步骤3：将180个空间滤波器模块分别与偏振相角子图像A做空间滤波运算，得到180组偏振相角图像标准差值，并分别计算每组偏振相角图像标准差值的平均值，作为180个不同角度测试线对应的标准差值；步骤4：利用步骤3得到的180个标准差，根据二维组构张量模型得到零部件的粗糙度各向异性参数。2.根据权利要求1所述的一种基于偏振成像的零部件表面粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，所述步骤1具体方法为：利用分焦平面偏振相机或在CCD相机前安装并旋转线偏振片的方式，获取被测零部件0
°
、45
°
、90
°
、135
°
四个偏振角度的灰度图像，根据Stokes矢量方法计算零部件的偏振相角图像，从偏振相角图像中提取出a
×
a像素规模的偏振相角子图像A作为待测区域。3.根据权利要求1所述的一种基于偏振成像的零部件表面粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，所述Stokes矢量方法具体如下：用四个参数构成的一个向量来对光的偏振态进行描述，即Stokes矢量：其中，I代表总光照强度，Q代表0
°
方向上线偏振光光照强度，U代表45
°
方向上线偏振光的光照强度，V代表圆偏光的光照强度，圆偏分量忽略不计；；I0°
、I
45
°
、I
90
°
、I
135
°
分别表示0
°
、45
°
、90
°
和135
°
偏振方向所拥有的光强，I
lh
、I
rh
分别表示左旋圆偏光和右旋圆偏光所对应的光强；根据Stokes矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永强，郭阳，林曦，赖积洋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：