Fast extraction center stripe of multi-line-structured light for three-dimensional measurement of casting slab

SUN Chuanfu; PENG Tao; LU Yonggang; XU Kun; ZHANG Zhijiang

doi:10.37188/OPE.20233103.0380

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Fast extraction center stripe of multi-line-structured light for three-dimensional measurement of casting slab

Micro\/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2026-09-12

- Fast extraction center stripe of multi-line-structured light for three-dimensional measurement of casting slab
- Optics and Precision Engineering Vol. 31, Issue 3, Pages: 380-392(2023)
- 作者机构：
  
  1.上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
  2.中冶宝钢技术服务有限公司，上海 201999
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20233103.0380
  CLC： TP391
- Received：03 August 2022，
  
  Revised：2022-09-06，
  
  Published：10 February 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
孙传富,彭涛,陆永刚等.连铸坯三维测量多线结构光的中心条纹快速提取[J].光学精密工程,2023,31(03):380-392.

SUN Chuanfu,PENG Tao,LU Yonggang,et al.Fast extraction center stripe of multi-line-structured light for three-dimensional measurement of casting slab[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(03):380-392.
孙传富,彭涛,陆永刚等.连铸坯三维测量多线结构光的中心条纹快速提取[J].光学精密工程,2023,31(03):380-392. DOI： 10.37188/OPE.20233103.0380.

SUN Chuanfu,PENG Tao,LU Yonggang,et al.Fast extraction center stripe of multi-line-structured light for three-dimensional measurement of casting slab[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(03):380-392. DOI： 10.37188/OPE.20233103.0380.

摘要

在利用多线结构光系统对大尺度连铸坯进行三维测量的过程中，线结构光中心条纹的提取精度是影响三维测量精度的重要因素。提出了一种对传统灰度质心方法进行优化的多线结构光中心条纹提取方法。对连铸坯表面激光横截面不满足高斯分布的线结构光条纹，利用图像背景差分的方式去除环境噪声，并根据线结构光条纹与背景间的灰度变化信息确定线结构光的边界，同时提取线结构光的感兴趣区域。根据光条在梯度方向上的灰度积分比例计算灰度质心法的自适应灰度阈值，利用灰度质心方法处理感兴趣区域提取出光条中心点，最后结合附近半径为5个像素的邻域内所定位的中心点进行质心重提取，获得连铸坯表面光条的亚像素中心坐标。现场测量结果表明：对反射特性不均匀的连铸坯表面的激光条纹光条中心进行提取，最终连铸坯边缘轨迹点的三维测量结果标准偏差在2 mm以内，该方法具有精度高、速度快、鲁棒性强的特点。

Abstract

In the three-dimensional （3D） measurement of large-scale casting slabs using a multi-line structured light system， the accuracy of extracting the central stripe of the structured light is an important factor affecting the final 3D measurement accuracy. In this study， a multi-line structured light center stripe extraction method based on the optimization of the traditional gray gravity method is proposed. For linear structured light stripes projected onto the slab surface whose laser cross-section does not fit a Gaussian distribution， firstly， the environmental noise is removed by analyzing the image background difference. The boundary of linear structured light is determined according to the change in grayscale value between the linear structured light stripe and the background， and the region of interest of structured light is extracted. Then， the adaptive gray threshold of the gray gravity method is calculated according to the gray integral proportion of the light stripe in the gradient direction. The gray gravity method is used to process the region of interest and extract the approximate center point of the light stripe. Finally， the sub-pixel center coordinates of the light stripe are obtained by optimizing the extraction combined with the gravity of the roughly located center point in the neighborhood with a radius of 5 pixels. The experimental results show that this method has high precision， high speed， and strong robustness in extracting the center of the laser stripe on the surface of a casting slab with uneven reflection characteristics. The standard deviation of the 3D measurement results of the final casting slab edge trajectory points is within 2 mm.

关键词

Keywords

references

LV S Z ， SUN Q ， ZHANG Y Y ， et al . Projector distortion correction in 3D shape measurement using a structured-light system by deep neural networks ［J］. Optics Letters ， 2020 ， 45 （ 1 ）： 204 - 207 . doi: 10.1364/ol.45.000204 http://dx.doi.org/10.1364/ol.45.000204

HE X Y ， ZHENG D L ， QIAN K M ， et al . Quaternary gray-code phase unwrapping for binary fringe projection profilometry ［J］. Optics and Lasers in Engineering ， 2019 ， 121 ： 358 - 368 . doi: 10.1016/j.optlaseng.2019.04.009 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2019.04.009

LV S Z ， SUN Q ， ZHANG Y Y ， et al . Monotonicity analysis of absolute phase unwrapping by geometric constraint in a structured light system ［J］. Optics Express ， 2020 ， 28 （ 7 ）： 9885 . doi: 10.1364/oe.386646 http://dx.doi.org/10.1364/oe.386646

王利，陈念年，巫玲，等 . 高噪声背景下激光条纹亚像素中心的提取［J］. 应用光学， 2016 ， 37 （ 2 ）： 321 - 326 . doi: 10.5768/jao201637.0207004 http://dx.doi.org/10.5768/jao201637.0207004

WANG L ， CHEN N N ， WU L ， et al . Extraction of laser stripe sub-pixel center in high-noise background ［J］. Journal of Applied Optics ， 2016 ， 37 （ 2 ）： 321 - 326 . （in Chinese） . doi: 10.5768/jao201637.0207004 http://dx.doi.org/10.5768/jao201637.0207004

张瑞瑛，周萍，冯煦，等 . 大视场下线结构光光条中心的快速提取［J］. 应用光学， 2010 ， 31 （ 3 ）： 432 - 436 . doi: 10.3969/j.issn.1002-2082.2010.03.019 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-2082.2010.03.019

ZHANG R Y ， ZHOU P ， FENG X ， et al . Rapid extraction of line-structured light stripe in large field of view ［J］. Journal of Applied Optics ， 2010 ， 31 （ 3 ）： 432 - 436 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1002-2082.2010.03.019 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-2082.2010.03.019

EPSTEIN A ， TESSLER N ， EINZIGER P D . Analytical extraction of the recombination zone location in organic light-emitting diodes from emission pattern extrema ［J］. Optics Letters ， 2010 ， 35 （ 20 ）： 3366 - 3368 . doi: 10.1364/ol.35.003366 http://dx.doi.org/10.1364/ol.35.003366

SAKUMA K ， HASEGAWA S ， TAKAHASHI H ， et al . Holographic laser sweeper for in-process debris removal ［J］. Applied Physics B ， 2015 ， 119 （ 3 ）： 533 - 538 . doi: 10.1007/s00340-015-6011-6 http://dx.doi.org/10.1007/s00340-015-6011-6

潘硕，邵新杰，李晓磊，等 . 基于块匹配的激光条纹亚像素中心提取［J］. 激光与红外， 2021 ， 51 （ 6 ）： 814 - 819 . doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.06.020 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-5078.2021.06.020

PAN SH ， SHAO X J ， LI X L ， et al . Sub-pixel extraction of laser stripe center based on block-matching ［J］. Laser ＆ Infrared ， 2021 ， 51 （ 6 ）： 814 - 819 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.06.020 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-5078.2021.06.020

LI Y H ， ZHOU J B ， HUANG F S ， et al . Sub-pixel extraction of laser stripe center using an improved gray-gravity method ［J］. Sensors （Basel， Switzerland）， 2017 ， 17 （ 4 ）： 814 . doi: 10.3390/s17040814 http://dx.doi.org/10.3390/s17040814

南方，李大华，高强，等 . 改进Steger算法的自适应光条纹中心提取［J］. 激光杂志， 2018 ， 39 （ 1 ）： 85 - 88 . doi: 10.14016/j.cnki.jgzz.2018.01.085 http://dx.doi.org/10.14016/j.cnki.jgzz.2018.01.085

NAN F ， LI D H ， GAO Q ， et al . Implementation of adaptive light stripe center extraction of improved Steger algorithm ［J］. Laser Journal ， 2018 ， 39 （ 1 ）： 85 - 88 . （in Chinese） . doi: 10.14016/j.cnki.jgzz.2018.01.085 http://dx.doi.org/10.14016/j.cnki.jgzz.2018.01.085

STEGER C . An unbiased detector of curvilinear structures ［J］. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence ， 1998 ， 20 （ 2 ）： 113 - 125 . doi: 10.1109/34.659930 http://dx.doi.org/10.1109/34.659930

符钦伟，杜宣，张燕，等 . 半透明胶条表面光条中心线提取［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 4 ）： 701 - 709 . doi: 10.37188/OPE.20212904.0701 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212904.0701

FU Q W ， DU X ， ZHANG Y ， et al . Extraction of laser stripe center on translucent glue strip surface ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 4 ）： 701 - 709 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212904.0701 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212904.0701

李伟明，彭国，高兴宇，等 . 线激光光条中心快速提取算法［J］. 中国激光， 2020 ， 47 （ 3 ）： 192 - 199 . doi: 10.3788/cjl202047.0304002 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202047.0304002

LI W M ， PENG G ， GAO X Y ， et al . Fast extraction algorithm for line laser strip centers ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2020 ， 47 （ 3 ）： 192 - 199 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl202047.0304002 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202047.0304002

李伟明，梅枫，胡增，等 . 线激光光条中心内部推进提取算法［J］. 中国激光， 2021 ， 48 （ 11 ）： 105 - 117 . doi: 10.3788/cjl202148.1104002 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202148.1104002

LI W M ， MEI F ， HU Z ， et al . Internal propulsion algorithm for extracting center of line laser stripe ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2021 ， 48 （ 11 ）： 105 - 117 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl202148.1104002 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202148.1104002

赵博华，王伯雄，张金，等 . 粗糙金属表面光条中心提取方法［J］. 光学精密工程， 2011 ， 19 （ 9 ）： 2138 - 2145 . doi: 10.3788/ope.20111909.2138 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20111909.2138

ZHAO B H ， WANG B X ， ZHANG J ， et al . Extraction of laser stripe center on rough metal surface ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2011 ， 19 （ 9 ）： 2138 - 2145 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20111909.2138 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20111909.2138

WANG H F ， WANG Y F ， ZHANG J J ， et al . Laser stripe center detection under the condition of uneven scattering metal surface for geometric measurement ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2020 ， 69 （ 5 ）： 2182 - 2192 . doi: 10.1109/tim.2019.2921440 http://dx.doi.org/10.1109/tim.2019.2921440

文晶娅 . 激光测距仪光学系统设计及目标漫反射特性研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2007 .

WEN J Y . Optical System Design of Laser Rangefinder and Research on Diffuse Reflectivity of Reflective Target ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2007 . （in Chinese）

SUN Q C ， CHEN J ， LI C J . A robust method to extract a laser stripe centre based on grey level moment ［J］. Optics and Lasers in Engineering ， 2015 ， 67 ： 122 - 127 . doi: 10.1016/j.optlaseng.2014.11.007 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2014.11.007

TSAI D M ， LAI S C . Independent component analysis-based background subtraction for indoor surveillance ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 2009 ， 18 （ 1 ）： 158 - 167 . doi: 10.1109/tip.2008.2007558 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2008.2007558

GAO H P ， XU G L . Robust analysis and laser stripe center extraction for rail images ［J］. Applied Sciences ， 2021 ， 11 （ 5 ）. doi: 10.3390/app11052038 http://dx.doi.org/10.3390/app11052038

贾振元，樊超楠，刘巍，等 . 双目视觉测量中等匹配点的光条中心提取［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 7 ）： 1582 - 1591 . doi: 10.3788/ope.20162407.1582 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162407.1582

JIA ZH Y ， FAN CH N ， LIU W ， et al . Extraction of laser stripe centers based on equal matching points for binocular vision measurement ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 7 ）： 1582 - 1591 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20162407.1582 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162407.1582

LI Z K ， MA L P ， LONG X L ， et al . Hardware-oriented algorithm for high-speed laser centerline extraction based on hessian matrix ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2021 ， 70 ： 1 - 14 . doi: 10.1109/tim.2021.3081163 http://dx.doi.org/10.1109/tim.2021.3081163

STROBL K H ， HIRZINGER G . More accurate pinhole camera calibration with imperfect planar target ［C］. 2011 IEEE International Conference on Computer Vision Workshops . Barcelona， Spain . IEEE ， 2011 ： 1068 - 1075 . doi: 10.1109/iccvw.2011.6130369 http://dx.doi.org/10.1109/iccvw.2011.6130369

许丽，张之江 . 结构光测量系统的误差传递分析［J］. 光学精密工程， 2009 ， 17 （ 2 ）： 306 - 313 . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2009.02.012 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2009.02.012

XU L ， ZHANG ZH J . Error propagation analysis of structured light system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2009 ， 17 （ 2 ）： 306 - 313 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2009.02.012 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2009.02.012

Views

1527

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Refraction error compensation of two displays in direct phase measuring deflectometric system

Anti-Gray code aided phase-shift method for high-robust 3D measurements

Grid laser high back suppression and center extraction error correction

Binocular optical system of industrial endoscope for three-dimensional measurement

Enhanced reflection U-Net reconstruction for passive Non-Line-of-Sight imaging

Related Author

ZHANG Zhijiang

SUN Chuanfu

ZHANG Zonghua

TIAN Xiuxiu

NI Yubo

MENG Zhaozong

GAO Nan

YANG Zeqing

Related Institution

Innovation and Research Institute of Hebei University of Technology in Shijiazhuang

National Key Laboratory of Strength and Structural Integrity， Aircraft Strength Research Institute of China

College of Mechanical Engineering， Xi'an Jiaotong University

College of Mechanical Engineering，Hebei University of Technology

School of Mechanical Science & Engineering， Huazhong University of Science and Technology

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰