基于regionprops函数的并行彩色共聚焦测量系统三维重构

张雅丽; 余卿; 程方; 王翀; 王寅

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于regionprops函数的并行彩色共聚焦测量系统三维重构

更新时间：2021-11-29

- 基于regionprops函数的并行彩色共聚焦测量系统三维重构
- Research on 3D reduction algorithm for parallel chromatic confocal measurement system based on regionprops function
- 光学精密工程 2021年页码：1-11
- 作者机构：
  
  华侨大学机电及自动化学院，福建厦门 361021
- 作者简介：
  
  [ "张雅丽（1997-），女，安徽六安人，硕士研究生，2019年于山东科技大学获得学士学位，主要研究方向为光电检测。E-mail：1612737648@qq.com." ]
  [ "余　卿（1983-），男，江西新余人，博士，副教授，2005年于合肥工业大学获得学士学位，2011年于合肥工业大学获得博士学位，主要研究方向为光电检测、精密机械设计等。E-mail：yuqing@hqu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52075190;51505162);福建省科技计划项目(2019I0013);华侨大学中青年教师科研提升资助计划项目(ZQN-PY604)
- DOI：
  中图分类号： TH742
- 收稿日期：2021-04-26，
- 稿件说明：
移动端阅览
张雅丽,余卿,程方等.基于regionprops函数的并行彩色共聚焦测量系统三维重构[J].光学精密工程,

ZHANG Ya-li,YU Qing,CHENG Fang,et al.Research on 3D reduction algorithm for parallel chromatic confocal measurement system based on regionprops function[J].Optics and Precision Engineering,
张雅丽,余卿,程方等.基于regionprops函数的并行彩色共聚焦测量系统三维重构[J].光学精密工程, DOI：10.37188/OPE.XXXXXXXX.0001

ZHANG Ya-li,YU Qing,CHENG Fang,et al.Research on 3D reduction algorithm for parallel chromatic confocal measurement system based on regionprops function[J].Optics and Precision Engineering, DOI：10.37188/OPE.XXXXXXXX.0001

摘要

针对并行彩色共聚焦测量系统在进行三维重构时质心识别效果差，处理效率低等相关问题，本文提出一种高效率高精度的三维重构方法。该方法首先对三维重构实验得到的所有图像进行目标提取和图像拼接，得到待处理的拼接图像；其次，通过MATLAB的regionprops函数和形态学处理提取拼接后各个被测点的质心及质心连通区域，并利用颜色转换算法进行相应的“

值-高度”转换；最后，比较并结合插值拟合算法实现物体表面三维形貌的重构。为了验证该算法的可行性，文中针对一元硬币的“N”字和“E”字进行处理。实验结果表明，该系统的轴向测量范围为80 μm，测量精度可达到微米级别。经验证：该算法可以快速有效地实现物体表面三维形貌的还原，且相较于传统方法，处理效率提高5~6倍。

Abstract

In order to solve the problems of poor centroid recognition and low processing efficiency in 3D reconstruction of parallel chromatic confocal measurement system， a high efficiency and high precision 3D reconstruction method is proposed in this paper. In this algorithm， target extraction and image splicing were performed on all of the experimental images to obtain the spliced images. And using the ‘regionprops’ function in MATLAB， the centroid and its connected area of each measured point were extracted， and then the relationship for H value and height was constructed with the method of color conversion algorithm. Finally， the interpolation fitting algorithm is used to reconstruct the 3D surface topography of the object. In order to verify the feasibility of the algorithm， the letter ’N’ and ‘E’ on the coin of one-yuan was measured in author’s self-built parallel chromatic confocal system. The experimental results showed that the axial measuring range of the system was 80 μm. Therefore， the measurement accuracy can reach micron level， and this algorithm can quickly and effectively reconstruct the 3D surface topography of sample. Compared with the conventional method， the processing efficiency is 5~6 times higher.

关键词

Keywords

references

冯国华 . 基于光谱共焦的厚度检测系统研究［D］. 杭州：浙江大学， 2020 . doi: 10.5152/tjg.2019.18418 http://dx.doi.org/10.5152/tjg.2019.18418

FENG G H . Research on Thickness Detection System Based on Spectral Confocal ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2020 . （in Chinese） . doi: 10.5152/tjg.2019.18418 http://dx.doi.org/10.5152/tjg.2019.18418

BERKOVIC G ， ZILBERMAN S ， SHAFIR E ， et al . Chromatic confocal displacement sensing at oblique incidence angles ［J］. Applied Optics ， 2020 ， 59 （ 10 ）： 3183 - 3186 . doi: 10.1364/ao.388123 http://dx.doi.org/10.1364/ao.388123

何宝凤，丁思源，魏翠娥，等 . 三维表面粗糙度测量方法综述［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 1 ）： 78 - 93 . doi: 10.3788/OPE.20192701.0078 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20192701.0078

HE B F ， DING S Y ， WEI C E ， et al . Review of measurement methods for areal surface roughness ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 1 ）： 78 - 93 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20192701.0078 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20192701.0078

DU H L ， ZHANG W H ， JU B F ， et al . A new method for detecting surface defects on curved reflective optics using normalized reflectivity ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2020 ， 91 （ 3 ）： 036103 . doi: 10.1063/1.5100851 http://dx.doi.org/10.1063/1.5100851

LUO D ， TAPHANEL M ， CLAUS D ， et al . Area scanning method for 3D surface profilometry based on an adaptive confocal microscope ［J］. Optics and Lasers in Engineering ， 2020 ， 124 ： 105819 . doi: 10.1016/j.optlaseng.2019.105819 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2019.105819

CHUN B S ， KIM K ， GWEON D . Three-dimensional surface profile measurement using a beam scanning chromatic confocal microscope ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2009 ， 80 （ 7 ）： 073706 . doi: 10.1063/1.3184023 http://dx.doi.org/10.1063/1.3184023

OLSOVSKY C ， SHELTON R ， CARRASCO-ZEVALLOS O ， et al . Chromatic confocal microscopy for multi-depth imaging of epithelial tissue ［J］. Biomed Opt Express ， 2013 ， 4 （ 5 ）： 732 - 740 . doi: 10.1364/BOE.4.000732 http://dx.doi.org/10.1364/BOE.4.000732

赵维谦，王龙肖，邱丽荣，等 . 激光聚变靶丸内表面轮廓测量系统的研制［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1013 - 1023 . doi: 10.3788/OPE.20192705.1013 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20192705.1013

ZHAO W Q ， WANG L X ， QIU L R ， et al . Development of inner-surface profile measurement system for ICF capsule ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1013 - 1023 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20192705.1013 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20192705.1013

张一，余卿，张昆，等 . 基于数字微镜器件的并行彩色共聚焦测量系统［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 4 ）： 859 - 866 . doi: 10.1016/j.measurement.2021.110140 http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110140

ZHANG Y ， YU Q ， ZHANG K ， et al . Parallel chromatic confocal measurement system based on digital micromirror device ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 4 ）： 859 - 866 . （in Chinese） . doi: 10.1016/j.measurement.2021.110140 http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110140

HILLENBRAND M ， WEISS R ， ENDRÖDY C ， et al . Chromatic confocal matrix sensor with actuated pinhole arrays ［J］. Applied Optics ， 2015 ， 54 （ 15 ）： 4927 - 4936 . doi: 10.1364/ao.54.004927 http://dx.doi.org/10.1364/ao.54.004927

余卿，余晓芬，崔长彩，等 . 并行共焦测量中的并行光源技术综述［J］. 中国光学， 2013 ， 6 （ 5 ）： 652 - 659 . doi: 10.3788/CO.20130605.0652 http://dx.doi.org/10.3788/CO.20130605.0652

YU Q ， YU X F ， CUI CH C ， et al . Survey of parallel light source technology in parallel confocal measurement ［J］. Chinese Optics ， 2013 ， 6 （ 5 ）： 652 - 659 . （in Chinese） . doi: 10.3788/CO.20130605.0652 http://dx.doi.org/10.3788/CO.20130605.0652

CHEN L C ， NGUYEN D T ， CHANG Y W . Precise optical surface profilometry using innovative chromatic differential confocal microscopy ［J］. Optics Letters ， 2016 ， 41 （ 24 ）： 5660 . doi: 10.1364/ol.41.005660 http://dx.doi.org/10.1364/ol.41.005660

李玉峰，李广泽，谷绍湖，等 . 基于区域分块与尺度不变特征变换的图像拼接算法［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 5 ）： 1197 - 1205 . doi: 10.3788/OPE.20162405.1197 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162405.1197

LI Y F ， LI G Z ， GU SH H ， et al . Image mosaic algorithm based on area blocking and SIFT ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 5 ）： 1197 - 1205 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20162405.1197 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162405.1197

代少升，姚俐 . 基于ROI的高精度红外全景拼接算法研究［J］. 半导体光电， 2020 ， 41 （ 4 ）： 572 - 577 . doi: 10.1109/cac51589.2020.9327656 http://dx.doi.org/10.1109/cac51589.2020.9327656

DAI SH SH ， YAO L . Research on the method of infrared panoramic image mosaic based on ROI ［J］. Semiconductor Optoelectronics ， 2020 ， 41 （ 4 ）： 572 - 577 . （in Chinese） . doi: 10.1109/cac51589.2020.9327656 http://dx.doi.org/10.1109/cac51589.2020.9327656

王云艳，周志刚，罗冷坤 . 基于Sobel算子滤波的图像增强算法［J］. 计算机应用与软件， 2019 ， 36 （ 12 ）： 184 - 188 . doi: 10.3969/j.issn.1000-386x.2019.12.029 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-386x.2019.12.029

WANG Y Y ， ZHOU ZH G ， LUO L K . Image enhancement algorithm based on sobel operator filtering ［J］. Computer Applications and Software ， 2019 ， 36 （ 12 ）： 184 - 188 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1000-386x.2019.12.029 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-386x.2019.12.029

李波，董明利，张帆 . 端面不透光的PDMS微柱阵列制备与图像处理方法研究［J］. 红外与激光工程， 2018 ， 47 （ 12 ）： 380 - 387 . doi: 10.3788/IRLA201847.1226003 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA201847.1226003

LI B ， DONG M L ， ZHANG F . Research of preparation and image processing method of PDMS micropost arrays with opaque top surfaces ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2018 ， 47 （ 12 ）： 380 - 387 . （in Chinese） . doi: 10.3788/IRLA201847.1226003 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA201847.1226003

YANG S W ， LIN C S ， LIN S K ， et al . Automatic defect recognition of TFT array process using gray level co-occurrence matrix ［J］. Optik ， 2014 ， 125 （ 11 ）： 2671 - 2676 . doi: 10.1016/j.ijleo.2013.11.070 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijleo.2013.11.070

张昆，余卿，邵尊桂，等 . 基于彩色相机颜色转换算法的彩色共聚焦测量方法［J］. 光学学报， 2019 ， 39 （ 12 ）： 151 - 158 . doi: 10.3788/aos201939.1212001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201939.1212001

ZHANG K ， YU Q ， SHAO Z G ， et al . Chromatic confocal measurement method using color camera and color conversion algorithm ［J］. Acta Optica Sinica ， 2019 ， 39 （ 12 ）： 151 - 158 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201939.1212001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201939.1212001

马岩，张超子，刘也，等 . 采用双三次插值的空间目标偏振成像［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 12 ）： 2555 - 2563 . doi: 10.3788/ope.20192712.2555 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192712.2555

MA Y ， ZHANG CH Z ， LIU Y ， et al . Polarization imaging of space target based on bicubic interpolation ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 12 ）： 2555 - 2563 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20192712.2555 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192712.2555

龚道然，李思宁，姜鹏，等 . 激光雷达三维距离像超分辨重构方法研究［J］. 红外与激光工程， 2020 ， 49 （ 8 ）： 60 - 66 . doi: 10.3788/irla.6_2019-0511 http://dx.doi.org/10.3788/irla.6_2019-0511

GONG D R ， LI S N ， JIANG P ， et al . Research on super resolution reconstruction of laser radar range profile ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2020 ， 49 （ 8 ）： 60 - 66 . （in Chinese） . doi: 10.3788/irla.6_2019-0511 http://dx.doi.org/10.3788/irla.6_2019-0511

RUPRECHT A K ， WIESENDANGER T F ， TIZIANI H J . Chromatic confocal microscopy with a finite pinhole size ［J］. Optics Letters ， 2004 ， 29 （ 18 ）： 2130 - 2132 . doi: 10.1364/ol.29.002130 http://dx.doi.org/10.1364/ol.29.002130

崔长彩，李煌，余卿，等 . 彩色共焦系统可调制色散物镜设计［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 4 ）： 343 - 351 . doi: 10.3788/ope.20172504.0875 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172504.0875

CUI CH C ， LI H ， YU Q ， et al . Design of adjustable dispersive objective lens for chromatic confocal system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 4 ）： 343 - 351 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20172504.0875 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172504.0875

张雅丽，余卿，程方，等 . 光纤束并行彩色共聚焦测量系统及实验研究［J］. 仪器仪表学报， 2020 ， 41 （ 12 ）： 23 - 31 . doi: 10.1016/j.measurement.2021.110140 http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110140

ZHANG Y L ， YU Q ， CHENG F ， et al . Parallel Chromatic confocal measurement system based on optical fiber bundle and its experimental study ［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument ， 2020 ， 41 （ 12 ）： 23 - 31 . （in Chinese） . doi: 10.1016/j.measurement.2021.110140 http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110140

浏览量

636

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于regionprops函数的并行彩色共聚焦测量系统的三维重构

基于双目结构光周视扫描的3D件三维重构与位姿估计研究

重叠分数与匹配矩阵驱动的部分重叠点云配准网络设计

基于Snell窗及偏振模式的水下载体航姿测量

改进多尺度结构化融合的红外与可见光图像融合