一种基于相位一致性的激光熔覆熔池边缘提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光熔覆图像处理领域，特别涉及一种基于相位一致性的激光熔覆熔 池边缘提取方法。
【背景技术】
[0002] 激光熔覆是利用高能激光束将基体表面薄熔覆层材料同时熔化，使二者达到冶金 结合的一种特种加工技术。该技术主要应用于零件修复、涂层加工、堆积成形等工艺过程。 控制激光熔池的形态是保证激光熔覆件质量的关键因素，而激光熔覆中工艺参数的选取将 直接影响熔池的几何尺寸，因此，准确获取激光熔池的几何形状与工艺参数之间的关系十 分重要，准确地提取熔池边缘是提取熔池几何参数的先决条件，考虑到激光加工的高能特 性，非接触的视觉激光熔覆熔池检测是当前的主流研究方法之一。激光熔覆过程中，存在着 激光对基体的弧光、熔融金属液滴等干扰，易导致熔池边缘难以提取，因而研究抗干扰能力 强的激光熔覆熔池边缘提取算法对熔覆质量研究意义重大。
[0003] 在获取激光熔池熔覆图像后，相关熔池边缘提取技术存在很大的缺陷，大部分不 是很稳定，精度也很差，仅仅可以处理干扰较少的激光熔池熔覆图像，而且人为的主观因素 很大，当阈值选择不当时就会出现错误。
[0004] 比如传统的单纯canny,sobel(索贝尔）等算子提取恪池边缘时容易产生很多伪 边缘，毛刺等影响熔池边缘提取的干扰，以及灰度阈值分割和灰度梯度等技术方法，这些方 法容易受噪声的影响，鲁棒性差，而且把熔池边缘放大亦或是放小，导致提取的熔池边缘不 准确；再者比如标准的Otsu阈值技术被用来从背景区域分割出熔池区域，如果熔池上方没 有模糊的区域那么这种方法可以检测出熔池边界，否则这种方法是失败的。而且由于一些 方法的问题即使是没有耀斑和模糊区域的照片这种方法也会周期性的失效。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于为了降低激光熔覆熔池图像中存在着弧光、金属小液滴等干扰 对熔池边缘提取造成了干扰，提出基于相位一致性的熔池边缘提取方法，较好的降低了弧 光、金属小液滴等干扰对熔池边缘提取造成的干扰，提高了熔池边缘提取精度，为开发鲁棒 性更强的熔池边缘提取算法提供了新方法。
[0006] 一种基于相位一致性的激光熔覆熔池边缘提取方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :获取原始激光熔覆熔池图像，并对熔池图像进行预处理；
[0008] 步骤2 :将步骤1获取的经预处理后的图像进行二值化处理，获得熔池边界；
[0009] 步骤3 :针对熔池边界，计算熔池相位的一致性，得到熔池相位一致图；
[0010] 步骤4 :从熔池相位一致图中提取二值边缘图；
[0011] 步骤5 :将二值边缘图中的边缘在步骤2中的熔池边界上的对应位置进行标记，得 到恪池标记图；
[0012] 所述标记过程为将二值边缘图中像素值为1的像素对应在步骤2中的熔池边界上 的像素的像素值置为ο;
[0013] 步骤6:采用sobel算子对熔池标记图进行边缘提取，获得激光熔覆熔池边缘。
[0014] 所述步骤3中计算熔池相位的一致性公式如下：
[0015]
[0016] 其中，PC(x)衣不格日世一5义团十1士?好、X处将生叮艾伏厄所有傅里叶分量的 局部相位的一致性程度；??"表示熔池边界图像的第η个傅里叶分量的幅度大小；表 示熔池边界图像中任意点X处傅里叶变换后的Fpn分量的局部相位，:表示是熔池边界图 像中任意点X所有傅里叶级数相位的加权平均值，
[0017]【可以看出，的差值越小，即相位的一致性越大，则PC(x)的取值越高。 因此寻找PC(x)最大值的过程，就相当于寻找最小值的过程，具体计算可以详细 参考文献马赫带现象研究。】
[0018] 所述步骤3中计算熔池相位的一致性公式如下：
[0019]
1234567 其中，T是噪声干扰阀值；ε是修正因子，取值为避免分母为零的常数，小于 0.0001 ;W(x，Θ)为频率传播加权函数，Θ表示求取不同方向局部最大能量的朝向角度，取 值范围在[0,n]，Ld为数学运算符号，表示为当其中的值为正时取自身，否则其值为零； 2 的为相位偏差函数： 3
4 采用不同尺度和不同方向下的log-Gabor滤波器来计算所述PC的值。 5 所述尺度数量为3,方向数量为6,相邻方向间隔30°。 6 【相位一致性方法来自于局部能量的概念，而直接利用上述公式计算相位一致性 度量PC非常复杂，因此，Venkatesh和Owen[14]提出了通过寻找局部能量函数的峰值得到 相位最为一致的点。 7 由于Log Gabor函数能够在亮度跨度很大的条件下处理图像，可覆盖很大频 率范围，减少计算量，与人类视觉系统度量一致。故本文采用不同尺度和不同方向下的 log-Gabor滤波器来计算PC的值，其模型是Fiel [16]在1987年提出的，其相关内容网上 均可查到。
[0027] 用LogGabor函数式子就可以计算出相位一致量PC。】
[0028] 所述步骤4中提取的二值边缘图是首先对熔池相位一致图进行非最大抑制运算 操作后，然后再接着进行阈值滞后运算获得；
[0029] 其中，非最大抑制运算操作中半径设定为1. 5,阈值滞后运算中的上限值和下限值 分别为0.5和0.37。
[0030] 所述步骤1中的对熔池图像进行预处理依次包括裁剪、滤波及灰度开运算操作；
[0031] 所述裁剪是指将原始激光熔覆熔池图像裁剪成大小为150*150像素，且使得熔池 区域位于中心区域，以及熔池区域面积大小为裁剪后图像面积的四分之一到三分之一之 间；
[0032] 所述滤波操作为对裁剪后的图像进行中值滤波操作，所选的二维模板大小为 3*3 ;
[0033] 所述灰度腐蚀操作为对中值滤波操作后的图像先进行腐蚀运算，后进行灰度膨胀 运算，所选结构元素为正方形3*3的结构，高度都为1。
[0034]【以达到滤除噪声，保持边缘细节的目的。】
[0035] 所述步骤2中对步骤1获取的经预处理后的图像进行二值化时，所选用的二值化 分割阈值为〇. 9。
[0036] 有益效果
[0037] 本发明提供了一种基于相位一致性的激光熔覆熔池边缘提取方法，该方法通过对 获取的熔池图像经过剪裁、低通滤波，灰度开运算后，使用基于阈值方法，对熔池进行粗步 分割，对剪裁后的熔池图像进行相位一致性计算，并进行边缘提取，为了得到精准的边缘， 对粗分割区域进行精分割，最后用sobel算子对精分割区域进行边缘提取。这种基于相位 一致性的激光熔覆边缘的方法与基于灰度阈值分割、灰度梯度等传统方法相比，利用相位 一致性具有局部对比度不变的特性，不仅在弧光区域，甚至在金属液滴与熔池相连的区域 都能检测到边缘，充分利用空间域，频率域的优点，有效的降低了噪声对熔池边缘提取的影 响，提高了熔池边缘提取的精度。针对激光熔覆中存在着激光对基体的浮光、小金属液滴等 干扰，采用传统的方法边缘难以提取，而本发明所述方法较好地降低了干扰对熔池边缘提 取的影响。
【附图说明】
[0038]图1为本发明所述方法的具体实例的流程示意图；
[0039] 图2为熔池边界图像灰度直方图；
[0040] 图3为傅里叶级数展开示意图，其中，（a)为方波，（b)为三角波；
[0041] 图4为应用本发明所述方法对熔池图进行边缘提取的过程示意图，其中，（a)为剪 裁后原图像，（b)为熔池的相位一致性图，（c)熔池边缘检测图，（d)为熔池标记图，（e)为 熔池边缘提取图。
【具体实施方式】
[0042] 下面将结合