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基于機(jī)器視覺(jué)輪廓提取的平滑處理算法

2021年電子技術(shù)應(yīng)用第4期

李建鑫1，陳鴻2，王晉祺1

1.中北大學(xué) 儀器與電子學(xué)院，山西太原030051；2.上海無(wú)線電設(shè)備研究所，上海201109

摘要： 在利用機(jī)器視覺(jué)提取眼鏡鏡片輪廓過(guò)程中會(huì)有環(huán)境干擾光造成誤差，影響輪廓的光順與精度。為了修復(fù)此誤差，提出了一種新的擬合算法：先尋找特征剔除受環(huán)境干擾光影響的輪廓部分，然后對(duì)被剔除的部分進(jìn)行基于三次B樣條曲線的保形插值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)該平滑擬合算法的處理，基于機(jī)器視覺(jué)的輪廓提取系統(tǒng)提取的標(biāo)準(zhǔn)圓輪廓數(shù)據(jù)的最小二乘圓擬合的均方差減少了80%～90%,圓度誤差減少了70%～80%，說(shuō)明該擬合算法能顯著提高系統(tǒng)提取的輪廓數(shù)據(jù)的光順與精度。

關(guān)鍵詞： 平滑處理曲線擬合 B樣條曲線保形插值特征提取

中圖分類(lèi)號(hào)： TP301.6
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200689
中文引用格式： 李建鑫，陳鴻，王晉祺. 基于機(jī)器視覺(jué)輪廓提取的平滑處理算法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(4)：116-120，131.
英文引用格式： Li Jianxin，Chen Hong，Wang Jinqi. A smoothing algorithm based on machine vision contour extraction[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：116-120，131.

A smoothing algorithm based on machine vision contour extraction

Li Jianxin1，Chen Hong2，Wang Jinqi1

1.School of Instrument and Electronics，North University of China，Taiyuan 030051，China； 2.Shanghai Radio Equipment Research Institute，Shanghai 201109，China

Abstract： In the process of extracting the outline date of eyeglass lens by machine vision, ambient light interference causes errors and affects the smoothness and accuracy of the outline. To solve the error, a new fitting algorithm is proposed. Firstly, it removes the contour part disturbed by ambient light. Then, it performs shape-preserving interpolation based on cubic B-spline curve for the removed part. The experimental results show that after processing by the fitting algorithm, the least squares circle fitting mean square deviation of the standard circle contour data extracted by the machine vision-based contour extraction system is reduced by 80% to 90%, and the roundness error is reduced by 70% to 80%, indicating that the fitting algorithm significantly improves the smoothness and accuracy of the contour data extracted by the system.

Key words : smooth processing；curve fitting；B-spline curve；shape preserving interpolation；feature extraction

0 引言

近年來(lái)，基于機(jī)器視覺(jué)的眼鏡鏡片輪廓提取系統(tǒng)因?yàn)槠鋬?yōu)良的效率與成本而被市場(chǎng)快速推廣^[1]。然而在利用機(jī)器視覺(jué)提取鏡片輪廓過(guò)程中，會(huì)有難以避免的環(huán)境干擾光造成誤差，嚴(yán)重影響提取的鏡片輪廓數(shù)據(jù)的光順與精度。

B樣條曲線擬合的定義一般是指：給定一組已知的數(shù)據(jù)點(diǎn)，要求尋找一條B樣條曲線逼近或通過(guò)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)^[2]。對(duì)B樣條曲線擬合問(wèn)題的研究在高精加工領(lǐng)域有著非常重要的地位，有諸多學(xué)者取得了大量卓有成效的成果^[3-4]。目前最小二乘法使用最普遍的B樣條曲線擬合方法，目標(biāo)是極小化各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與所擬合的B樣條曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離平方和^[2]。然而由環(huán)境干擾光造成的誤差總是集中分布，且偏差的方向總是向內(nèi)，不適合使用最小二乘法進(jìn)行擬合。

本文針對(duì)環(huán)境干擾光造成的鏡片輪廓上的誤差進(jìn)行了特征分析，并結(jié)合鏡片輪廓為凸曲線的特征，給出了專(zhuān)門(mén)適用的基于三次B樣條曲線擬合的方法：首先依據(jù)一定的特征剔除受環(huán)境干擾光影響產(chǎn)生誤差的輪廓段；然后使用基于三次B樣條曲線的保形插值算法對(duì)被剔除的輪廓部分進(jìn)行插補(bǔ)。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)該算法提高數(shù)據(jù)精度效果的量化分析，驗(yàn)證了該算法對(duì)環(huán)境干擾光造成的誤差有著顯著的修復(fù)效果。

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作者信息：

李建鑫1，陳鴻2，王晉祺1

(1.中北大學(xué) 儀器與電子學(xué)院，山西太原030051；2.上海無(wú)線電設(shè)備研究所，上海201109)

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