【正文】 g（i，j）=∑f（i，j）/N，（i，j）∈M，M是所取鄰域內(nèi)各鄰近像素的坐標(biāo)，N是鄰域中所包含的臨近像素個(gè)數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)不同的需要選擇使用不同的模板尺寸，如3*5*5等。 均值濾波能消除圖像中的高頻分量，對(duì)低頻分量沒(méi)有影響。由于中值濾波是非線性運(yùn)算，在輸入和輸出之間的頻率上不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，故不能用一般線性濾波器頻率特性的研究方法。W為二維模板，通常為2*2，3*3區(qū)域，也可以是不同的的形狀，如線狀，圓形，十字形，圓環(huán)形等。方法是用某種結(jié)構(gòu)的二維滑動(dòng)模板，將板內(nèi)像素按照像素值的大小進(jìn)行排序，生成單調(diào)上升（或下降）的為二維數(shù)據(jù)序列。所謂高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布（即正態(tài)分布）的一類(lèi)噪聲。如何既能平滑掉圖像中的噪聲，而又盡量保持圖像細(xì)節(jié)即少付出一些細(xì)節(jié)模糊代價(jià)是圖像平滑研究的主要問(wèn)題之一。圖像中的噪聲往往和信號(hào)交織在一起，尤其是乘性噪聲。對(duì)圖像信號(hào)幅度和相位的影響十分復(fù)雜，有些噪聲和圖像信號(hào)互相獨(dú)立不相關(guān)，有些是相關(guān)的，噪聲本身之間也有些相關(guān)。圖像平滑主要目的是減少噪聲?？梢哉f(shuō)，HSV模型中的V軸對(duì)應(yīng)于RGB顏色空間中的主對(duì)角線。從該點(diǎn)到原點(diǎn)代表亮度漸暗的灰色，即具有不同灰度的灰色。在圓錐的頂點(diǎn)(即原點(diǎn))處，V=0,H和S無(wú)定義，代表黑色。在HSV顏色模型中，每一種顏色和它的補(bǔ)色相差180176。綠色對(duì)應(yīng)于角度120176。色彩H由繞V軸的旋轉(zhuǎn)角給定。有一點(diǎn)要注意：它和光強(qiáng)度之間并沒(méi)有直接的聯(lián)系。S=0時(shí)，只有灰度?；パa(bǔ)色分別相差180度。 HSV彩色模型H參數(shù)表示色彩信息，即所處的光譜顏色的位置。設(shè)想從RGB沿立方體對(duì)角線的白色頂點(diǎn)向黑色頂點(diǎn)觀察，就可以看到立方體的六邊形外形。(2)HSV模型HSV是指Hue(色相)、Saturation(飽和度)和Value(值或明度)。但為方便起見(jiàn)，總將立方體歸一化為單位立方體，這樣所有的R，G，B的值都在區(qū)間[0，1]之中。在這個(gè)模型中，從黑到白的灰度值分布在從原點(diǎn)到離原點(diǎn)最遠(yuǎn)頂點(diǎn)間的連線上，而立方體內(nèi)其余各點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的顏色，可用從原點(diǎn)到該點(diǎn)的矢量表示。RGB模型可以建立在笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)里，其中三個(gè)軸分別為R、G、B。根據(jù)人眼結(jié)構(gòu)，所有顏色都可以看作是三個(gè)基本顏色——紅(R，red)，綠(G，green)和藍(lán)(B，blue)的不同組合。其中像素為0代表黑，像素為255代表白。在特殊應(yīng)用中，可能需要采用更高的灰度級(jí)數(shù)，例如CT圖像的灰度級(jí)數(shù)高達(dá)數(shù)千，需要采用12位或16位二進(jìn)制位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，但這類(lèi)圖像通常都采用專(zhuān)用的顯示設(shè)備和軟件來(lái)進(jìn)行顯示和處理。如果灰度值用1個(gè)字節(jié)表示，則可以表示的正整數(shù)范圍是0~255，也就是說(shuō)，像素灰度值取值在0~255之間，灰度級(jí)數(shù)為256級(jí)。(2)灰度圖像灰度圖像是數(shù)字圖像的最基本形式，灰度圖像可以由黑白照片數(shù)字化得到，或從彩色圖像進(jìn)行去色處理得到。彩色的表示方法很多，最常見(jiàn)的是三基色模型，例如RGB(Red/Green/Blue，紅、綠、藍(lán))三基色模型，利用RGB三基色可以混合成任意顏色。這些關(guān)于數(shù)字圖像的基本理論是后面數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)過(guò)程的理論指導(dǎo)。若用戶程序調(diào)用該函數(shù)成功，則會(huì)在指定文件路徑上生成指定文件名的24位bmp文件。而函數(shù)SaveYUVToBmpFile()完成圖像格式轉(zhuǎn)換并將圖像數(shù)據(jù)保存到硬盤(pán)上。接著就等待抓拍信號(hào)，觸發(fā)抓拍操作。若函數(shù)成功則返回零，并開(kāi)始預(yù)覽圖像，若失敗則返回相應(yīng)的錯(cuò)誤號(hào)。Overlay顯示模式具有速度快、畫(huà)質(zhì)好、占用系統(tǒng)資源少等特點(diǎn)，特別適合于視頻文件的播放。Overlay顯示模式最大的用途在于優(yōu)化視頻播放。設(shè)置預(yù)覽模式由函數(shù)SetPreviewOverlayMode()完成，返回0表示顯卡支持板卡的Overlay預(yù)覽方式，并啟動(dòng)Overlay預(yù)覽模式。若系統(tǒng)初始化完成了，接著判斷該采集卡有幾個(gè)可用通道，并打開(kāi)相應(yīng)的通道，獲取通道由GetTotalDSPs()函數(shù)完成，打開(kāi)通道由ChannelOpen(int ChannelNum) 函數(shù)完成，該函數(shù)有一個(gè)參數(shù)，表示具體的通道號(hào)，若打開(kāi)失敗，直接退出系統(tǒng)，若成功，則返回該通道的通道句柄，以后該通道的相關(guān)操作都需要該通道句柄。 采集圖像的軟件設(shè)計(jì)流程初始化是由函數(shù)InitDSPs()函數(shù)完成的。主要用于工業(yè)控制及相關(guān)領(lǐng)域，它的性能和功能介紹如下：(1)16路開(kāi)關(guān)量輸入通道，16路開(kāi)關(guān)量輸出通道(光電隔離)。（6） 預(yù)覽分辨率和編碼分辨率可達(dá)4CIF，進(jìn)行壓縮不丟幀。（4） 可根據(jù)用戶的需要設(shè)置編碼的幀格式、碼率、圖像質(zhì)量。（2） DS4004HC采用DM642—DSP處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)音視頻的實(shí)時(shí)壓縮。它采用高可靠性、低功耗的視頻處理器，可用于音視頻數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)采集和壓縮編碼?？紤]到系統(tǒng)以后升級(jí)時(shí)可能增加攝像頭，需要多預(yù)留12路視頻輸入口，因此本系統(tǒng)選用了含有4路視頻輸入口的DS4004HC圖像采集卡。流程圖如下：圖 圖像采集流程圖在等待限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)時(shí)，通過(guò)PCI2312型號(hào)的16路輸入輸出卡把信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)。限位開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)輸入輸出卡連接到計(jì)算機(jī)上，當(dāng)這個(gè)開(kāi)關(guān)被觸發(fā)時(shí)，它會(huì)給輸入輸出卡一個(gè)中斷信號(hào)，同時(shí)，輸入輸出卡會(huì)發(fā)給計(jì)算機(jī)一個(gè)信號(hào)，當(dāng)計(jì)算機(jī)端檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)時(shí)，通知視頻采集卡執(zhí)行抓拍動(dòng)作，并把抓拍到的圖像保存到計(jì)算機(jī)中等待處理。在本系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)執(zhí)行抓拍動(dòng)作是成像區(qū)的限位開(kāi)關(guān)信號(hào)被觸發(fā)。 () ()(4)求平移向量把E、F、G、。轉(zhuǎn)化之后的結(jié)果，仍然放在point1[4] 數(shù)組和point1[4] 數(shù)組中。E點(diǎn)坐標(biāo)存放在point2[0]中，F(xiàn)點(diǎn)坐標(biāo)存放在point2[1]中，G點(diǎn)坐標(biāo)存放在point2[2]中，H點(diǎn)坐標(biāo)存放在point2[3]中。然后操作員在這兩幅圖中用鼠標(biāo)分別點(diǎn)4個(gè)點(diǎn)，這四個(gè)點(diǎn)的位置要盡量點(diǎn)在標(biāo)定物的邊緣上(或是有特征的地方)，這樣比較容易測(cè)量出這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際坐標(biāo)，并將圖1的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D的坐標(biāo)存在point類(lèi)型的數(shù)組中，記為point1[4]，將圖2的4個(gè)點(diǎn)E、F、G、H的坐標(biāo)值存在存在point類(lèi)型的數(shù)組中，記為point2[4]。(1)，物體圖像就出現(xiàn)在界面的第二列中。(2)標(biāo)定平移矩陣 先在圖像上點(diǎn)幾個(gè)邊緣點(diǎn)，獲得其圖像坐標(biāo)值，然后測(cè)出其在物理坐標(biāo)系中的值，放大倍數(shù)已經(jīng)求出。在本系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相機(jī)的內(nèi)參對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精度影響不大，所以本系統(tǒng)中只標(biāo)定了相機(jī)的放大倍數(shù)(即被測(cè)對(duì)象實(shí)際大小和它在圖像上大小的關(guān)系)。1號(hào)和2號(hào)LED日光燈的設(shè)計(jì)主要為1號(hào)攝像頭拍攝圖像提供合適的光照條件，3號(hào)和4號(hào)LED日光燈的設(shè)計(jì)主要為2號(hào)攝像頭拍攝圖像提供合適的光照條件。由于它的結(jié)構(gòu)是管狀的，基本能保證成像區(qū)的光照光照度滿足系統(tǒng)的要求。LED燈泡的發(fā)光源可以近似的認(rèn)為是點(diǎn)光源，若受到其他物體的遮擋，很容易使成像區(qū)出現(xiàn)陰影區(qū)，也不利于本系統(tǒng)的測(cè)量要求。白熾燈、鹵素?zé)羰鞘刮矬w溫度升高而發(fā)光的溫度輻射光源，是利用溫度輻射原理而制成的，其發(fā)熱量大，溫度很快升高，其發(fā)出的光譜范圍寬，是連續(xù)光譜，使測(cè)量系統(tǒng)容易受外界雜散光的干擾，不利于測(cè)量。(1)光源的選擇為了獲得良好的、穩(wěn)定的測(cè)量條件，本系統(tǒng)中使用人工光源。在照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先考慮光源的選擇，常見(jiàn)的光源可分為自然光源和人工光源兩大類(lèi)。本系統(tǒng)中要求光照度在成像區(qū)盡可能的分布均勻，若光照度分布不均勻，成像區(qū)就有可能出現(xiàn)有些區(qū)域的光照度太高，有些區(qū)域的光照度太低，當(dāng)攝像頭選定以后，它的動(dòng)態(tài)范圍也就確定了，若光照度變化太大(包括空間上的變化和時(shí)間上的變化)，超出了攝像頭的動(dòng)態(tài)范圍，在高照度區(qū)就會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面失真的現(xiàn)象，在低照度區(qū)就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象的現(xiàn)象。被測(cè)對(duì)象就是在光源的照射下，成像圖像傳感器的感光面上，最后通過(guò)放大輸出被測(cè)對(duì)象的圖像信息。 根據(jù)以上四個(gè)指標(biāo)和成本的綜合權(quán)衡，本系統(tǒng)選用了安視寶公司的ASBH88B系列攝像機(jī)，鏡頭焦距為6mm，動(dòng)態(tài)范圍為48dB，采用的成像器件為1/3英寸的Sony Color CCD ，PAL格式的有效像素為512(H)582(V) ，NTSC格式的有效像素為512(H)492(V) ，水平分辨率為420TVL，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，該攝像頭很好的滿足了本系統(tǒng)的要求【23】。所以選用了焦距為6mm的攝像機(jī)。每個(gè)焦距的鏡頭都只能在一定范圍內(nèi)達(dá)到最佳的監(jiān)看效果。從動(dòng)態(tài)范圍上講，CMOS略勝一籌。在實(shí)際應(yīng)用中，體現(xiàn)在圖像傳感器是否可以在一幅圖像中既可以清晰顯示較暗的場(chǎng)景，又可以清晰顯示光線充足的場(chǎng)景. 動(dòng)態(tài)范圍越高，表明在明暗差別較大的場(chǎng)景下，圖像傳感器表現(xiàn)越好。(1)靈敏度作為圖像傳感器最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，靈敏度是衡量圖像傳感器對(duì)于光線的敏感度，一般監(jiān)控用的低端CMOS的靈敏度高達(dá)10V/Luxsec以上，高過(guò)大部分的CCD傳感器，靈敏度指標(biāo)主要體現(xiàn)在畫(huà)質(zhì)的亮度和低光效果上，靈敏度越高畫(huà)面越清晰。通過(guò)以上的分析可以看出，在測(cè)量精度要求不高且被測(cè)對(duì)象具有明顯對(duì)稱性的場(chǎng)合下，該測(cè)量系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單，快捷，對(duì)環(huán)境要求不嚴(yán)格的特點(diǎn)。根據(jù)上式可以求出A點(diǎn)y，z軸坐標(biāo)。因?yàn)樽鴺?biāo)系OXYZ的Y，Z軸分別平行于02X2Y2坐標(biāo)系的Y2，Z2軸，所以物理坐標(biāo)系上的任意一點(diǎn)投影到02X2Y2坐標(biāo)系上時(shí)，旋轉(zhuǎn)向量R2的值為單位陣。A點(diǎn)在物理坐標(biāo)系中的X和Y方向的坐標(biāo)(x，y)，而A點(diǎn)在攝像機(jī)1圖像中的坐標(biāo)為,即相當(dāng)于把物體上的A點(diǎn)投影到X1O1Y1平面，所以有： ()其中和分別為攝像機(jī)1在x，y方向上的放大倍數(shù)，為攝像機(jī)1的平移向量。 兩攝像頭垂直放置法測(cè)量系統(tǒng)模型，只要求出ABCD四點(diǎn)的三維坐標(biāo)值也就確定了該面的位置信息。(2)兩攝像頭垂直放置法測(cè)量系統(tǒng)，該模型的物理坐標(biāo)系為OXYZ，物理坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的底面中心處，攝像頭1的坐標(biāo)系為O1X1Y1，攝像頭1相對(duì)于物理坐標(biāo)系OXYZ的位置為： ()其中為攝像頭1相對(duì)于物理坐標(biāo)系為OXYZ的旋轉(zhuǎn)矩陣，為平移向量。所以本系統(tǒng)沒(méi)有采用這種方法。由上面的分析可知該種方法能實(shí)現(xiàn)三維信息的精確測(cè)量，但是它存在一個(gè)問(wèn)題，就是在兩幅圖像上找同名點(diǎn)比較困難。(1)經(jīng)緯儀三維測(cè)量系統(tǒng)平行放置法是由人類(lèi)視覺(jué)感知模型得到的啟示：可以利用兩個(gè)相機(jī)代替人眼，從而構(gòu)成了三維視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。而另一種放置方式是兩相機(jī)相互垂直交叉放置，一個(gè)相機(jī)測(cè)量一個(gè)面的形狀信息，然后通過(guò)兩個(gè)相機(jī)的相對(duì)位置來(lái)構(gòu)建被測(cè)對(duì)象的三維坐標(biāo)信息，在這種放置方中，兩相機(jī)一般沒(méi)有共同的視場(chǎng)區(qū)，這種測(cè)量方法的基礎(chǔ)其實(shí)就是單目測(cè)量，然后通過(guò)兩組單目測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)一步構(gòu)建三維測(cè)量系統(tǒng)，嚴(yán)格的說(shuō)該方法不屬于三維測(cè)量的方法，該方法一般適用于被測(cè)對(duì)象具有對(duì)稱性的場(chǎng)合。在本系統(tǒng)的雙目測(cè)量中，兩相機(jī)的相對(duì)位置可有兩種選擇，一種是兩相機(jī)放置在同一平面內(nèi)，這樣兩個(gè)相機(jī)一般會(huì)有共同的視場(chǎng)區(qū)，然后通過(guò)一系列的算法重構(gòu)出被測(cè)對(duì)象的三維信息。由于有極線幾何原理和光學(xué)三角形原理的理論支撐，基于雙目立體成像原理的三維測(cè)量方法具有穩(wěn)定可靠、精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn), 目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于逆向工程、物體識(shí)別、工業(yè)質(zhì)量檢測(cè)及機(jī)器人自導(dǎo)引等領(lǐng)域。光照系統(tǒng)主要介紹了光照的設(shè)計(jì)問(wèn)題。本章的框圖如下圖所示： 圖像的光學(xué)成像系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)在圖像光學(xué)系統(tǒng)中包括攝像系統(tǒng)和光照系統(tǒng)。 51 第二章 光學(xué)成像系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在這一章，為了達(dá)到用數(shù)字圖像處理的方法對(duì)水杯輪廓進(jìn)行提取的目的，就必須設(shè)計(jì)合理的圖像光學(xué)成像系統(tǒng)，很好地完成對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集工作。第六章 總結(jié)和展望。第五章 結(jié)果分析和誤差分析。第四章 數(shù)字圖像的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。第三章 數(shù)字圖像處理的基本理論。第二章 圖像采集卡對(duì)圖像的采集。第一章 緒論。最后得出通過(guò)對(duì)物體的圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理能夠完成對(duì)目標(biāo)物的三維重建與恢復(fù)工作。圖像的輪廓得到之后，要根據(jù)二值圖像經(jīng)過(guò)濾波之后的圖像，確定產(chǎn)品的分面信息以及分面之后得到各個(gè)面的關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)。光學(xué)成像系統(tǒng)首先要保證必須得到水杯的各個(gè)面的具體信息，所以成像系統(tǒng)選擇的是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)在物體正面、側(cè)面、背面以及頂面的掃描，而激光掃描儀的選擇將直接影響到水杯的成像質(zhì)量。 論文研究的對(duì)象是一個(gè)具有明顯棱角的物體，因此本論文中根據(jù)實(shí)際情況以普通水杯為例，來(lái)詳細(xì)地闡述怎樣根據(jù)數(shù)字圖像處理的方法獲取它的分面信息，然后根據(jù)不同面的信息，怎樣獲取各個(gè)面的關(guān)鍵坐標(biāo)點(diǎn)的值。可變形模型可視為在內(nèi)力和外力作用下的能量極小化樣條模型，內(nèi)力來(lái)自幾何模型，約束它的形狀；外力來(lái)自圖像特征，引導(dǎo)它的行為，將其吸引至圖像特征處。根據(jù)斷層圖像提取的實(shí)體輪廓可以通過(guò)表面重建得到物體的CAD模型，或直接應(yīng)用于快速成形系統(tǒng)。輪廓提取與表面重建是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的重要研究課題，其在虛擬現(xiàn)實(shí)、自控車(chē)輛、機(jī)器人環(huán)境分析、監(jiān)控系統(tǒng)中的物體跟蹤與識(shí)別、生物醫(yī)學(xué)圖像處理、工業(yè)在線自動(dòng)檢測(cè)、形狀反求等方面有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在的信息處理，以圖像的二維處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的三維圖像處理已在蓬勃發(fā)展，即為有效的例證。通過(guò)獲取激光掃描對(duì)象的圖像，再用數(shù)字圖像處理的方法對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲取關(guān)鍵點(diǎn)位置坐標(biāo)，以達(dá)到目標(biāo)物體三維重建的目的。主要有產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制、CAD/CAM等。 (4)工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。除了CT技術(shù)之外，還有一類(lèi)是對(duì)醫(yī)用顯微圖像的處理分析，如紅細(xì)胞、白細(xì)胞分類(lèi)，染色體分析，癌細(xì)胞識(shí)別等。 (3)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。(2)宇宙探測(cè)與遙感。通信應(yīng)用包括圖像傳輸、電視電話、電視會(huì)議、數(shù)字圖像處理技術(shù)主要用于圖像壓縮甚至在圖像理解的基礎(chǔ)廣義的圖像處理技術(shù)，還包括了圖像理解、圖像分析、圖像識(shí)別，等等。由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信息，因此必須把模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像之后，才可以進(jìn)行處理。人眼看到的任