一种线阵相机图像重建方法、系统及介质与流程

本发明属于机器视觉领域，尤其涉及一种线阵相机图像重建方法、系统及介质。

背景技术：

1、线阵传感器由于其高扫描频率和高分辨率特性，广泛应用于工业检测、印刷监控、连续材料表面缺陷检测等领域。为了提高线阵传感器的空间分辨率，业界常采用亚像素偏移技术，即通过硬件安装使两个线阵传感器在x方向（像素排列方向）上存在0.5个像素的错位，从而在单次扫描中获取两幅存在亚像素相位差异的图像，进而通过图像融合算法将两幅图像合并，实现x方向分辨率的翻倍。

2、然而，现有的偏移线阵传感器图像融合技术均基于一个默认前提，即传感器在y方向（扫描运动方向）上做匀速运动。在实际工业应用中，由于机械振动、加减速启停或被测物运动速度的动态变化，传感器在y方向往往呈现变速扫描状态。当两传感器同时触发采图时，若仍采用传统基于固定网格的融合算法，会导致y方向的图像出现严重的拉伸、压缩或错位畸变，不仅无法实现高分辨率重建，甚至会导致融合图像失真、无法使用。

3、因此，本发明为了提高图像质量，提供了一种线阵相机图像重建方法、系统及介质。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种线阵相机图像重建方法、系统及介质。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种线阵相机图像重建方法，线阵相机由两个只有一个行像素且沿扫描运动方向偏移亚像素的线阵传感器组成，包括：

4、同时触发两个线阵传感器进行采图，实时获得沿扫描运动方向上的扫描速度，分析采集的图像在扫描运动方向上的位置；

5、选取两个线阵传感器在像素排列方向的偏移量，使其包含不少于两个整数像素偏移量，分析所述整数像素偏移量下两个线阵传感器采集的行图像间的相关系数，根据相关系数大小，筛选不少于三个接近实际偏移量的最小整数像素偏移量，基于整数像素偏移量及所对应的相关系数，拟合出两个线阵传感器在像素排列方向上的实际位置偏移量；

6、基于线阵传感器在不同曝光次数下的扫描位置，分析各线阵传感器在不同曝光次数下采集的各行图像在扫描运动方向上的位置偏移量；

7、基于两个线阵传感器在像素排列方向上的实际位置偏移量，构建像素排列方向分辨率增强的中间分辨率图像，并采用各线阵传感器在不同曝光次数下采集的各行图像在扫描运动方向上的位置偏移量，分析出相邻两行图像在扫描运动方向上的亚像素位置偏移量，采用中间分辨率图像与高分辨率网格间的映射关系，重建沿扫描运动方向等间距分布的高分辨率图像。

8、进一步地，基于线阵相机的扫描初始位置，以及各曝光次数下线阵相机沿扫描运动方向上的扫描速度，分析获得各曝光下采集的行图像在扫描运动方向上的位置。

9、进一步地，对两个线阵传感器在像素排列方向上的实际偏移量进行分析，所述方法包括：

10、设定两个整数像素偏移量，分析在同一整数像素偏移量及同一曝光下的两个线阵传感器采集的行图像间的相关系数；

11、获取两个整数像素偏移量所对应的相关系数，分别为第一相关系数和第二相关系数，判断第一相关系数与第二相关系数间的数值大小，若第一相关系数大于第二相关系数，则两个线阵传感器在像素排列方向上的实际偏移量数值接近第一相关系数所对应的整数像素偏移量，反之，则两个线阵传感器在像素排列方向上的实际偏移量数值接近第二相关系数所对应的整数像素偏移量；

12、基于第一相关系数和第二相关系数的大小关系，筛选接近实际偏移量的最小整数像素，提取若干接近实际偏移量的最小整数像素偏移量，形成若干个整数像素偏移量，采用若干整数像素偏移量及所对应的相关系数，拟合偏移量抛物线，经求解获得实际偏移量；

13、其中，所述筛选的最小整数像素偏移量不等于设定的两个整数像素偏移量。

14、进一步地，提取同一线阵传感器在不同曝光次数下的扫描位置，根据线阵传感器在不同曝光次数下的扫描位置，分析同一线阵传感器在不同曝光次数下沿扫描运动方向的位置偏移量。

15、进一步地，采用不同线阵传感器在不同曝光次数下的扫描位置，结合两个线阵传感器在同一曝光下采集的行图像在y方向上的位置偏移量，获得组成线阵相机的两个线阵传感器在不同曝光次数下的综合位置偏移量。

16、进一步地，基于一曝光下的行图像的位置偏移量，分析所述曝光下的行图像间的亚像素位置偏移量，采用亚像素位置偏移量与高分辨率网格中同一列上相邻两整数像素位置的灰度值进行线性加权融合，以建立中间分辨率网格中所述曝光下采集的各像素位置的实测灰度值与高分辨网格中同一列上相邻两整数像素位置的灰度值间的映射关系。

17、进一步地，提取同一曝光下两个线阵传感器采集的行图像中的相邻两个像素位置，基于两个线阵传感器在x方向上的实际位置偏移量，采用线性插值分析中间分辨率网格中奇数像素位置所对应的灰度值，其中，所述中间分辨率网格在x方向上的像素数量是线阵传感器在x方向上的像素数量的2倍。

18、进一步地，基于沿扫描运动方向上的不同曝光次数下的扫描速度，对行图像进行亮度校正的方法，包括：

19、选取标定物，所述标定物为白板，标定物表面均匀且为漫反射表面；

20、在同一照明亮度下，以不同的扫描速度扫描白板，获得至少一行图像；

21、计算行图像的平均灰度值，采用不同扫描速度下行图像的平均灰度值与预设标准速度下的平均灰度值间的比值，得到变速亮度变化率，从而获得不同扫描速度下，亮度随扫描速度的变化情况；

22、基于不同扫描速度下的行图像与该扫描速度下的变速亮度变化率的乘积，获得不同扫描速度下校正后的亮度数据。

23、本发明提供了一种线阵相机图像重建系统，线阵相机由两个只有一个行像素且沿扫描运动方向偏移亚像素的线阵传感器组成，包括：

24、扫描位置获取模块，用于同时触发两个线阵传感器进行采图，实时获得沿扫描运动方向上的扫描速度，分析采集的行图像在扫描运动方向上的位置；

25、横向偏移分析模块，选取两个线阵传感器在像素排列方向的偏移量包含不少于两个整数像素偏移量，分析所述整数像素偏移量下两个线阵传感器采集的行图像间的相关系数，根据相关系数大小，筛选不少于三个接近实际偏移量的最小整数像素偏移量及所对应的相关系数，拟合出两个线阵传感器在像素排列方向上的实际位置偏移量；

26、行间偏移分析模块，基于线阵传感器在不同曝光次数下的扫描位置，分析各线阵传感器在不同曝光次数下采集的各行图像在扫描运动方向上的位置偏移量；

27、图像重建模块，基于两个线阵传感器在像素排列方向上的实际位置偏移量，构建像素排列方向分辨率增强的中间分辨率图像，并采用各线阵传感器在不同曝光次数下采集的各行图像在扫描运动方向上的位置偏移量，分析出相邻两行图像在扫描运动方向上的亚像素位置偏移量，采用中间分辨率图像与高分辨率网格间的映射关系，重建沿扫描运动方向等间距分布的高分辨率图像。

28、一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的重建方法。

29、本发明的有益效果是：

30、本发明提供的线阵相机图像重建方法，通过两个线阵传感器在像素排列方向上的亚像素偏移量设计，并结合扫描运动方向上的变速扫描，以获得不同曝光次数下行图像的位置，确定扫描运动方向上的亚像素偏移量，基于像素排列方向和扫描运动方向上的亚像素偏移量，对线阵相机采集的图像进行重建，获得超分辨率图像，降低超分辨率图像的成本和实现难度，形成了高精度、高鲁棒性的超分辨率图像，并解决线阵相机沿扫描运动方向的速度波动问题。

31、本发明通过同时触发两个线阵传感器进行采图，使得两个线阵传感器在同一曝光下采集的行图像的y位置保持一致，并对不同曝光下的扫描速度进行获取，以根据固定行频，分析出线阵相机采集的行图像所对应的位置，能够准确获得各行图像所对应的实际位置坐标，从而为后期线阵传感器在y方向上的偏移量计算奠定基础。

32、本发明通过设定两个线阵传感器在x方向上的偏移量为不小于两个的整数像素偏移量，并计算两个整数像素偏移量下两个线阵传感器采集的行图像间的相关系数，通过相关系数的大小判断，确定两个线阵传感器的实际偏移量所接近的整数像素位移量，以便根据不小于三个的整数像素位移量及对应的相关性，拟合出两线阵传感器在x方向上的实际偏移量，能够排除安装工艺导致的误差，能够准确获得x方向的亚像素偏移量，相比传统的标定方法，大大降低标定成本和操作复杂性，根据拟合的曲线实现亚像素的标定精度，为后期x方向上的超分辨率重建提供精确的偏移量数据。

33、本发明通过对x方向上的亚像素偏移量进行重建，获得x方向上分辨率增大的中间分辨率图像，结合同一线阵传感器或不同线阵传感器在不同曝光下的位置进行分析，确定扫描运动方向上的位置偏移量，并针对扫描速度变化导致的非均匀采样问题，建立了中间分辨率网格与高分辨率网格间的映射关系，实现非均匀采样的实测灰度值映射到等间距的高分辨率网格上，在此过程中，引入耦合位置偏移量，以提高y方向上位置偏移量的准确性，从而获得扫描运动方向等间距分布的高分辨率图像，提高了重建图像的质量。

34、本发明通过标定不同扫描速度下的变速亮度变化率，可以对不同扫描速度下采集的行图像进行亮度校正，能够排除因速度不同，而导致同一线阵传感器采集的不同行图像的灰度值存在差异，提高了扫描质量的稳定性。