基于機器視覺輪廓提取的平滑處理算法
2021年電子技術應用第4期
李建鑫1，陳 鴻2，王晉祺1
1.中北大學 儀器與電子學院，山西 太原030051；2.上海無線電設備研究所，上海201109
摘要： 在利用機器視覺提取眼鏡鏡片輪廓過程中會有環境干擾光造成誤差，影響輪廓的光順與精度。為了修復此誤差，提出了一種新的擬合算法：先尋找特征剔除受環境干擾光影響的輪廓部分，然后對被剔除的部分進行基于三次B樣條曲線的保形插值。實驗結果表明，經過該平滑擬合算法的處理，基于機器視覺的輪廓提取系統提取的標準圓輪廓數據的最小二乘圓擬合的均方差減少了80%～90%,圓度誤差減少了70%～80%，說明該擬合算法能顯著提高系統提取的輪廓數據的光順與精度。
中圖分類號： TP301.6
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200689
中文引用格式： 李建鑫，陳鴻，王晉祺. 基于機器視覺輪廓提取的平滑處理算法[J].電子技術應用，2021，47(4)：116-120，131.
英文引用格式： Li Jianxin，Chen Hong，Wang Jinqi. A smoothing algorithm based on machine vision contour extraction[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：116-120，131.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200689
中文引用格式： 李建鑫，陳鴻，王晉祺. 基于機器視覺輪廓提取的平滑處理算法[J].電子技術應用，2021，47(4)：116-120，131.
英文引用格式： Li Jianxin，Chen Hong，Wang Jinqi. A smoothing algorithm based on machine vision contour extraction[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：116-120，131.
A smoothing algorithm based on machine vision contour extraction
Li Jianxin1，Chen Hong2，Wang Jinqi1
1.School of Instrument and Electronics，North University of China，Taiyuan 030051，China； 2.Shanghai Radio Equipment Research Institute，Shanghai 201109，China
Abstract： In the process of extracting the outline date of eyeglass lens by machine vision, ambient light interference causes errors and affects the smoothness and accuracy of the outline. To solve the error, a new fitting algorithm is proposed. Firstly, it removes the contour part disturbed by ambient light. Then, it performs shape-preserving interpolation based on cubic B-spline curve for the removed part. The experimental results show that after processing by the fitting algorithm, the least squares circle fitting mean square deviation of the standard circle contour data extracted by the machine vision-based contour extraction system is reduced by 80% to 90%, and the roundness error is reduced by 70% to 80%, indicating that the fitting algorithm significantly improves the smoothness and accuracy of the contour data extracted by the system.
Key words : smooth processing；curve fitting；B-spline curve；shape preserving interpolation；feature extraction
0 引言
近年來，基于機器視覺的眼鏡鏡片輪廓提取系統因為其優良的效率與成本而被市場快速推廣[1]。然而在利用機器視覺提取鏡片輪廓過程中，會有難以避免的環境干擾光造成誤差，嚴重影響提取的鏡片輪廓數據的光順與精度。
B樣條曲線擬合的定義一般是指：給定一組已知的數據點，要求尋找一條B樣條曲線逼近或通過這些數據點[2]。對B樣條曲線擬合問題的研究在高精加工領域有著非常重要的地位，有諸多學者取得了大量卓有成效的成果[3-4]。目前最小二乘法使用最普遍的B樣條曲線擬合方法，目標是極小化各個數據點與所擬合的B樣條曲線上的對應點的距離平方和[2]。然而由環境干擾光造成的誤差總是集中分布，且偏差的方向總是向內，不適合使用最小二乘法進行擬合。
本文針對環境干擾光造成的鏡片輪廓上的誤差進行了特征分析，并結合鏡片輪廓為凸曲線的特征，給出了專門適用的基于三次B樣條曲線擬合的方法：首先依據一定的特征剔除受環境干擾光影響產生誤差的輪廓段；然后使用基于三次B樣條曲線的保形插值算法對被剔除的輪廓部分進行插補。最后通過實驗實現了對該算法提高數據精度效果的量化分析，驗證了該算法對環境干擾光造成的誤差有著顯著的修復效果。
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作者信息：
李建鑫1，陳 鴻2，王晉祺1
(1.中北大學 儀器與電子學院，山西 太原030051；2.上海無線電設備研究所，上海201109)
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