【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于圖像處理，具體涉及一種圖像灰度估算方法、系統、計算機設備及存儲介質。
技術介紹
1、對于無縫鋼管、鋼軌、pvc管材等工業產品，生產時大多通過人工手持測量儀器來記錄管材類產品的關鍵尺寸，并通過肉眼或傳統的無損檢測來辨別表面缺陷。人工檢測主要存在效率低、受主觀因素影響大、準確性差等問題。
2、針對工業生產高效、快速檢測的需求，近年來涌現出多種基于圖像的缺陷檢測方法，結構光傳感器基于三角測量原理，能夠獲取一定范圍內被結構光照射目標的距離信息，同時還具有高采樣率和高精度的優勢，已經在工業測量領域取得大范圍應用。而在結構光三維掃描技術中，對調制的光條紋成像后，常會出現一邊的亮條紋灰度值低于另一端暗條紋灰度值的情況，這會給條紋提取和匹配帶來困難。為了較為徹底地解決這一問題，對結構光照射和對象物等整體進行仿真計算來估測其成像中的灰度特征是必要的。
3、在結構光三維掃描中的灰度估測中，自適應閾值處理、線性濾波和直方圖均衡化常用于提升圖像質量和優化條紋提取。自適應閾值處理通過對圖像的局部區域進行分析，根據每個局部區域的灰度分布動態地調整閾值，適應圖像中不同亮度變化的區域。線性濾波則通過卷積核對圖像進行濾波操作，以改變像素的灰度值。這種方法常用于降噪和平滑圖像，以提高圖像質量。直方圖均衡化通過重新分布圖像的像素灰度值，以使整個灰度級別范圍內的像素值得到更均勻地分布，增強圖像的對比度。
4、盡管自適應閾值處理、線性濾波和直方圖均衡化在圖像處理和灰度估測中應用廣泛，但它們也存在一些局限性。自適應閾值處理
5、因此，傳統圖像處理方法難以準確應對無縫鋼管等表面復雜的反射特性和光照不均，導致灰度估測誤差，影響缺陷檢測的效果。
技術實現思路
1、為了解決傳統圖像處理方法難以準確應對無縫鋼管等表面復雜的反射特性和光照不均，導致灰度估測誤差，影響缺陷檢測效果的問題，本專利技術提供了一種圖像灰度估算方法。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種圖像灰度估算方法，包括：
4、將光條紋投射到標定板所在的平面板上形成光平面，確定光平面上光條紋投射的中心點；
5、設定一個假象的像平面，將成像平面上的點投影到所述假象的像平面上，將每列光條紋的中心點與相機坐標系的原點連接形成射線，通過多個射線與光平面和假象的像平面的交點的坐標、及相機的內參和外參構建方程組，根據最小二乘法擬合方程組得到光平面方程；
6、將被測管狀物放到標定板所在平面板位置，將多條結構光投射到被測管狀物的表面后反射到成像平面，獲取多條結構光的圖像坐標和三維坐標，將圖像坐標、三維坐標及相機坐標輸入光平面方程，計算得到多條結構光在成像平面上的幾何參數；
7、根據被測管狀物表面的實際灰度值及多條結構光在成像平面上的幾何參數求解得到被測管狀物表面多個反射系數，對多個反射系數取均值，根據多個反射系數的均值計算被測管狀物表面的理論灰度值。
8、優選地，所述設定一個假象的像平面，將成像平面上的點投影到所述假象的像平面上，將每列光條紋的中心點與相機坐標系的原點連接形成射線，通過多個射線與光平面和假象的像平面的交點的坐標、及相機的內參和外參構建方程組，根據最小二乘法擬合方程組得到光平面方程，具體為：
9、設定一個假象的像平面，相機坐標系的原點為oc，將成像平面上的點投影到所述歸一化平面上；設成像平面上的p′(x1，y1，f)對應到歸一化平面的坐標為p″(x2，y2，1)，通過將z坐標固定為1，實現歸一化；此時，根據直線oc-p″和標定板所在平面相交即求得點p，直線oc-p″的表達式如公式(1)所示：
10、
11、其中，(x，y，z)是相機坐標系下點p的坐標；
12、將成像平面的坐標歸一化到相機坐標系的形式如公式(2)所示，將點p″的坐標代入如公式(3)所示：
13、
14、
15、將公式(3)代入標定板平面方程ax+by-z+c＝0，其中a，b，c通過相機標定求得，求得相機坐標系下點p的坐標(x，y，z)如公式(4)所示：
16、
17、對每幅圖像的每條光條紋中心點均進行如上計算，求得光條紋中心點的相機坐標，代入方程組(5)：
18、
19、其中，(xci，yci，zci)是通過公式(4)求得的光條紋中心點坐標，ac、bc、cc是光平面方程的系數：
20、采用最小二乘法擬合方程組得到光平面方程。
21、優選地，通過標定板對相機進行標定，得到相機的內參和外參，具體為：
22、將與被測管狀物相同材質的平面板置于光照區域，在其左側貼上厚度能夠忽略的標定板，拍攝多幅不同視角的圖像并提取特征點坐標，根據特征點坐標及相機成像的幾何模型確定每幅圖像的單應性矩陣，并通過旋轉單應性矩陣的正交特性求得約束關系的方程組，通過方程組解出相機的內參和外參。
23、優選地，所述確定光平面上光條紋投射的中心點，具體為：
24、通過設定的閾值確定光條紋的左右邊界，計算左右邊界內每列光條紋灰度重心的縱坐標，根據光條紋灰度重心的縱坐標確定光條紋的中心點。
25、優選地，通過灰度重心法確定每列光條紋灰度重心的縱坐標，具體為：
26、按行掃描平面板圖像，對光條紋逐列計算，通過設定的閾值確定光條紋的左右邊界，根據公式計算出左右邊界內每行光條紋灰度重心的縱坐標，根據光條紋灰度重心的縱坐標確定光條紋的中心點位置；
27、光條紋灰度重心的縱坐標的具體公式如下：
28、
29、其中，j為每列像素點位置；t為參與計算像素點的集合；g(*)為像素點的灰度值；ycenter為光條紋灰度重心的縱坐標。
30、優選地，所述平面板與被測管狀物材質相同。
31、本專利技術還提出一種圖像灰度估算系統，包括：
32、中心點獲取模塊，用于將光條紋投射到標定板所在的平面板上形成光平面，確定光平面上光條紋投射的中心點；
33、方程構建模塊，用于設定一個假象的像平面，將成像平面上的點投影到所述假象的像平面上，將每列光條紋的中心點與相機坐標系的原點連接形成射線，通過多個射線與光平面和假象的像平面的交點的坐標、及相機的內參和外參構建方程組，根據最小二乘法擬合方程組得到光平面方程；...
【技術保護點】
1.一種圖像灰度估算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的圖像灰度估算方法，其特征在于，所述設定一個假象的像平面，將成像平面上的點投影到所述假象的像平面上，將每列光條紋的中心點與相機坐標系的原點連接形成射線，通過多個射線與光平面和假象的像平面的交點的坐標、及相機的內參和外參構建方程組，根據最小二乘法擬合方程組得到光平面方程，具體為：
3.根據權利要求1所述的圖像灰度估算方法，其特征在于，通過標定板對相機進行標定，得到相機的內參和外參，具體為：
4.根據權利要求1所述的圖像灰度估算方法，其特征在于，所述確定光平面上光條紋投射的中心點，具體為：
5.根據權利要求4所述的圖像灰度估算方法，其特征在于，通過灰度重心法確定每列光條紋灰度重心的縱坐標，具體為：
6.根據權利要求1所述的圖像灰度估算方法，其特征在于，所述平面板與被測管狀物材質相同。
7.一種圖像灰度估算系統，其特征在于，包括：
8.一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程
9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器加載時，能夠執行權利要求1至6任一項所述方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種圖像灰度估算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的圖像灰度估算方法，其特征在于，所述設定一個假象的像平面，將成像平面上的點投影到所述假象的像平面上，將每列光條紋的中心點與相機坐標系的原點連接形成射線，通過多個射線與光平面和假象的像平面的交點的坐標、及相機的內參和外參構建方程組，根據最小二乘法擬合方程組得到光平面方程，具體為：
3.根據權利要求1所述的圖像灰度估算方法，其特征在于，通過標定板對相機進行標定，得到相機的內參和外參，具體為：
4.根據權利要求1所述的圖像灰度估算方法，其特征在于，所述確定光平面上光條紋投射的中心點，具體為：...
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