申请/专利权人：华南理工大学

申请日：2022-03-09

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN114612325B

主分类号：G06T5/70

分类号：G06T5/70;G06T5/50;B25J11/00;B23K37/00;B25J9/16;G06T5/60

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.06.28#实质审查的生效;2022.06.10#公开

摘要：本发明公开了一种合成焊缝噪声图像的方法，在焊接机器人领域，为了实现焊缝噪声的去除，提高鲁棒性，需要制作大量的训练数据集。现有的方法制作训练数据集是比较高成本且难以实现的。本发明根据焊缝噪声的特性，将真实的焊缝噪声图像分解为干净图片、噪声强度、弧光噪声的形状和飞溅噪声的形状。然后提出二维高斯噪声模型来模拟噪声强度，设计一个随机曲线生成算法来模拟弧光噪声形状，并提出一种随机区域生成算法来模拟飞溅形状，最终合成焊缝噪声图像。该方法可以在低成本的情况下制作大量的数据集，满足去除焊接噪声对大规模数据集的需求，有效地提高焊接机器人的鲁棒性。

主权项：1.一种合成焊缝噪声图像的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、焊接机器人获取一批图像，对图像进行预处理；S2、利用高斯噪声算法模拟噪声强度；所述高斯噪声算法为二维高斯噪声模型，用来模拟焊缝噪声的强度；所述高斯噪声算法具体如下：二维高斯噪声模型利用其分布函数的函数值大小来模拟焊缝图像上各个像素点上的噪声强度，对于一个二维向量x，二维高斯分布如公式1所示： 其中是二维高斯分布的概率密度函数，D＝2表示维度，μ是一个二维的均值向量，Σ是一个2×2的协方差矩阵，|Σ|表示Σ矩阵的行列式；假设焊缝图像的长宽为W×H，表示噪声强度，则焊缝图像上每个像素点坐标w,h的噪声强度表示为由公式2计算 公式2中，是的最大值，表示对·进行取整，则得到由于w和h的值是相对较大的，不能直接令x＝[wh]T，需要对w和h进行标准化处理，假设二维向量x＝[x0x1]T，通过公式3将像素点坐标w,h映射到二维向量x: 其中w∈{0,1,...,W-1},h∈{0,1,...,H-1}，x0表示二维高斯分布的第一个维度、x1表示二维高斯分布的第二个维度，在公式3中，图像的中心坐标被默认当作焊接点的位置，在焊接点的位置附近的噪声强度最强烈，向四周扩散时逐渐衰减，假设焊接点的像素坐标是则像素点坐标w,h和x的映射关系将由公式3变成公式4 S3、利用分形随机曲线算法模拟弧光噪声的形状；所述分形随机曲线算法是利用带有分形特征的随机曲线模拟弧光噪声的随机形状；所述分形随机曲线算法具体如下：使用递归线性插值法生成过型值点的随机曲线，对于任意零次控制点集S0＝{Pi:i＝0,1,...,n}，通过k次线性，得到k次点集生成k次点集Sk的递归公式如5所示： 其中Pi表示第i个控制点，n表示控制点数量，k≤n，t是插值比系数，t∈[0,1]，当k＝n时，生成的点集是n阶贝塞尔点集，是k次控制点集的第j个控制点，表示k-1次控制点集的第m个控制点；在给定型值点集P＝{P0,P1,...,Pn-1}的情况下，随机初始化控制点Q0，使用公式6去求得控制点集Q＝{Q0,Q1,...,Qn-1}： 其中，Qi表示第i个控制点；将零次控制点集拆分成多个子集把子集当作零次控制点集，通过二重递归线性插值法，由公式8生成二次贝塞尔曲线，由所有的子集生成的多段贝塞尔曲线组成一条自由的连续曲线，该连续曲线过型值点集P，由P所控制：B2t＝1-t2Pi+2t1-tQi+1+t2Pi+18其中，B2t表示二次贝塞尔曲线；S4、利用随机区域生成算法模拟飞溅噪声的形状；所述随机区域生成算法所生成的随机区域用来模拟飞溅噪声，给定一个初始点，通过概率逐个像素地纵向和横向不断寻点，最后生成一个随机区域；S5、将步骤S2～S4模拟不同的噪声特征对干净图像进行渲染后，得到合成的焊缝噪声图像；合成的焊缝噪声图像公式如下：Wsyn＝C+Anoise+Snoise+Lnoise11其中，Wsyn是合成的焊缝噪声图像，C表示干净图像，Anoise表示弧光噪声，在分形随机曲线所包围的区域之内，Snoise表示由随机区域生成算法所生成飞溅噪声；Lnoise是亮度噪声，焊接过程成产生的焊接噪声会辐射到周围区域，亮度噪声在分形随机曲线所包围的区域之外形成，合成焊缝噪声图像的算法流程如下：S51、输入干净图像C，长宽为H×W，设符号Lnoise表示亮度噪声，符号Anoise表示弧光噪声；S52、初始化参数：对任意w∈{0,1,...,W-1},h∈{0,1,...,H-1}，均有Lnoisew,h＝0,Anoisew,h＝0，w表示横坐标，h表示纵坐标，Lnoisew,h表示亮度噪声在点w,h处的噪声大小，Anoisew,h表示弧光噪声在点w,h处的噪声大小，符号二维高斯噪声模型，由步骤S2生成，符号F表示分形随机曲线边界，超参数α0,0γ1，符号S表示飞溅噪声；S53、弧光噪声：如果点i,j在分形随机曲线边界F所包围的区域内，则将赋值给Anoisei,j，其中表示在点i,j处的概率密度函数值，Anoisei,j表示在点i,j处的弧光噪声大小；S54、亮度噪声：如果点i,j在分形随机曲线边界F所包围的区域外，则将赋值给Lnoisei,j，Lnoisei,j表示在点i,j处的亮度噪声的大小；S55、输出：合成的焊缝噪声图像：Wsyn＝C+Anoise+Lnoise+S。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 华南理工大学 一种合成焊缝噪声图像的方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD