一种基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置及方法，装置包括两摄像机、转台及两个升降台，转台水平设置，转台能够绕竖直中心线转动；两个升降台对称安装在转台上；每个升降台上设有一个翻转夹紧装置，翻转夹紧装置包括夹紧液压缸、电机支架、电机及手爪；两个翻转夹紧装置能够实现变速器壳体的夹持，所述的摄像机镜头朝向两手爪之间。本发明专利技术结构简单，操作方便，本发明专利技术采用由两台摄像机以相交光轴的结构形式固定在特制支架上进行拍摄完成高效非接触式测量，有效解决了接触式测量中会出现二次误差的问题，提高了检测效率。

A 3-D Reconstruction Device and Method for Transmission Shell Based on Binocular Stereovision

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置及方法
本专利技术属于变速器壳体检测
，具体是涉及一种基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置及方法。
技术介绍
近年来，我国汽车的年产销量以一定的增长率逐年增加，汽车产业的繁荣给上游汽车零部件企业带来了巨大的机遇和挑战。其中变速器壳体是汽车上重要的零部件，它将传动机构、换挡装置和部分操纵机构安装在一起，同时还起到储存润滑油的作用，所以产品的加工质量对汽车的使用性能有着重要影响。目前国内实际生产中缺少一种高效精确的检测手段，大多采用三坐标测量仪进行检测，三坐标测量仪因其检测效率低，只能采用抽检的方式，很难满足大规模生产的要求，所以将双目立体视觉技术引入到变速器壳体的检测中，实现变速器壳体尺寸高效、高精度的非接触式测量。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单，操作方便，能够解决变速器壳体检测效率低及接触式测量中出现二次误差的问题的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置及方法。本专利技术采用的技术方案是：一种基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置，包括两摄像机、转台及两个升降台，所述的转台水平设置，转台能够绕竖直中心线转动；所述的两个升降台对称安装在转台上，升降台能够升降；所述的每个升降台上设有一个翻转夹紧装置，所述的翻转夹紧装置包括夹紧液压缸、电机支架、电机及手爪；所述的夹紧液压缸的缸体固定安装在升降台上，夹紧液压缸的活塞杆端部套装有手爪，电机支架安装在夹紧液压缸的缸体上，电机安装在电机支架上，电机的输出轴上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮套装在夹紧液压缸的活塞杆上，从动齿轮的外圆通过轴承安装在齿轮箱上，齿轮箱固定安装在夹紧液压缸的缸体上，从动齿轮与手爪连接；两个升降台上的夹紧液压缸同轴设置，且两手爪相对设置；所述的摄像机镜头朝向两手爪之间。上述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置中，两个摄像机的型号、参数相同，两个摄像机设置在变速器壳体同侧，且位于同一水平面内，摄像机通过视频采集卡与计算机连接。上述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置中，所述的升降台通过升降液压缸或电动推杆安装在转台上。上述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置中，所述的转台底部与电机的输出轴连接，电机能够驱动转台转动。一种利用上述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建方法，包括如下步骤：1)使用棋盘格标定法对两个摄像机完成立体标定：使用Matlab标定工具箱进行两个摄像机标定，通过求解图像坐标系和世界坐标系之间的关系，分别获得两个摄像机的内部参数矩阵M1、M2和外部参数矩阵R1、T1、R2、T2；其中M1和M2由两台相机相应的焦距fx、fy、主点坐标x0、y0组成，外部参数R1、R2为两个的相机旋转矩阵，外部参数T1、T2为两个相机的平移矩阵；然后使用Matlab的立体标定面板进行两摄像机的立体标定，获得两摄像机之间的旋转矩阵R3和平移矩阵T3，从而得到两台摄像机之间的相对位置关系，完成立体标定；2)立体校正：利用两台摄像机完成标定后得到的外部参数矩阵R1、T1、R2、T2以及两台摄像机的透视投影矩阵P1、P2，通过极线约束对图像进行立体对极线校正，使二维搜索变成一维搜索，并获取立体校正后右相机相对于左相机的位姿参数N；3)图像的采集以及图像预处理：通过基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置的两手爪夹持变速器壳体，使用两摄像机对待测变速器壳体进行拍摄，获得变速器壳体的两幅图像，对获得的变速器壳体图像依次进行高斯滤波、灰度化、二值化、Canny算子边缘特征检测图像预处理；4)立体匹配：通过基于SIFT特征描述子的立体匹配算法找到空间中同一物体结构点在两幅图像L1、L2中的投影对应点；通过基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置的翻转夹紧装置使得变速器壳体在竖直平面内旋转，通过转台转动使得变速器壳体在水平面内旋转，得到多组不同位置的变速器壳体图像；5)三维重建：通过双目立体视觉获取变速器壳体的深度信息，由深度信息计算空间点的三维坐标，构建出变速器壳体的三维场景。上述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建方法中，所述步骤1)具体操作如下：1.1)选用每个方格大小为30mm×30mm，图像阵列为9×11的棋盘标定模板，采用张正友标定算法进行研究；1.2)获取10-20组棋盘标定模板图像；棋盘标定模板图像包含平行于摄像机平面的棋盘标定模板图像，在水平面内旋转后的棋盘标定模板图像及在竖直平面内旋转后的棋盘标定模板图像；1.3)使用Harris角点检测法对模板角点进行提取，由于图像边缘的畸变较大，选取中间部位的7×6个角点进行提取；1.4)对每一幅用来标定的模板图像进行角点提取后，点击Matlab标定工作箱操作面板的Calibration键，得到两摄像机之一的内部参数矩阵M1，完成该摄像机的内参数标定，从而计算出该摄像机外部参数矩阵，得到外部参数矩阵R1、T1；1.5)重复步骤1.3)-1.4)对另一摄像机进行标定，得到另一摄像机的内部参数矩阵M2和外部参数矩阵R2、T2；1.6)利用公式获得两台摄像机之间的旋转矩阵R3和平移矩阵T3，从而得到两台摄像机之间的相对位置关系，完成对两摄像机的立体标定。上述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建方法中，所述步骤3)具体操作如下：3.1)通过基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建的翻转夹紧装置夹紧变速器壳体，使用两摄像机对待测变速器壳体进行拍摄，获得变速器壳体的两幅图像L1、L2；3.2)对两摄像机拍摄获得的两幅图像L1、L2进行高斯滤波平滑处理，消除图像中的高斯噪声点，改善图像品质；3.3)对两幅图像L1、L2进行灰度化处理，使用RGB颜色模型，采用公式为Gary＝0.299R+0.507G+0.114B，R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色，求出每个像素点的R、G、B三个分量的平均值，再将这个平均值给与这个像素点的三个分量，从而转化为灰度图像；3.4)使用图像阈值化分割，用f(x，y)表示原始图像，阈值设为t，经过处理后的图像为h(x，y)，得取a0＝0表示白色，a1＝1表示黑色，即完成了图像二值化处理；3.5)将经过高斯滤波平滑、灰度化等技术处理过的的图片进行Canny算子求取边缘点；具体操作如下：3.5.1)使用Sobel算子计算图像水平和垂直方向的梯度，得出来的边缘粗大明亮，属于粗糙的边缘图；3.5.2)将经过Sobel算子处理得到的粗糙的边缘图进行非极大值抑制，减少边缘宽度，得到细化的边缘图；3.5.3)对细化的边缘图进行滞后阈值处理，选择两个阈值：上限阈值G1，下限阈值G2，将大于上限阈值G1的边缘像素点定义为强边缘点，在G1与G2之间的定义为弱边缘点，并将小于G2的边缘像素点抑制处理；3.5.4)搜索所有联通的弱边缘，如弱边缘中有一个边缘点与强边缘点联通，则将这条弱边缘保留下来，如没有联通强边缘点，则将这条弱边缘抑制处理；并将没有经过抑制处理的边缘连接起来，完成Canny算子求取边缘点的工作。上述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建方法中，所述步骤4)的具体操作如下：4.1)确定一个像素点为采样点，以此采样点为中心和它周围的26个像素点进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置，其特征是：包括两摄像机、转台及两个升降台，所述的转台水平设置，转台能够绕竖直中心线转动；所述的两个升降台对称安装在转台上，升降台能够升降；所述的每个升降台上设有一个翻转夹紧装置，所述的翻转夹紧装置包括夹紧液压缸、电机支架、电机及手爪；所述的夹紧液压缸的缸体固定安装在升降台上，夹紧液压缸的活塞杆端部套装有手爪，电机支架安装在夹紧液压缸的缸体上，电机安装在电机支架上，电机的输出轴上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮套装在夹紧液压缸的活塞杆上，从动齿轮的外圆通过轴承安装在齿轮箱上，齿轮箱固定安装在夹紧液压缸的缸体上，从动齿轮与手爪连接；两个升降台上的夹紧液压缸同轴设置，且两手爪相对设置；所述的摄像机镜头朝向两手爪之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置，其特征是：包括两摄像机、转台及两个升降台，所述的转台水平设置，转台能够绕竖直中心线转动；所述的两个升降台对称安装在转台上，升降台能够升降；所述的每个升降台上设有一个翻转夹紧装置，所述的翻转夹紧装置包括夹紧液压缸、电机支架、电机及手爪；所述的夹紧液压缸的缸体固定安装在升降台上，夹紧液压缸的活塞杆端部套装有手爪，电机支架安装在夹紧液压缸的缸体上，电机安装在电机支架上，电机的输出轴上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮套装在夹紧液压缸的活塞杆上，从动齿轮的外圆通过轴承安装在齿轮箱上，齿轮箱固定安装在夹紧液压缸的缸体上，从动齿轮与手爪连接；两个升降台上的夹紧液压缸同轴设置，且两手爪相对设置；所述的摄像机镜头朝向两手爪之间。2.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置，其特征是：两个摄像机的型号、参数相同，两个摄像机设置在变速器壳体同侧，且位于同一水平面内，摄像机通过视频采集卡与计算机连接。3.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置，其特征是：所述的升降台通过升降液压缸或电动推杆安装在转台上。4.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置，其特征是：所述的转台底部与电机的输出轴连接，电机能够驱动转台转动。5.一种利用权利要求1-4中任一权利要求述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建方法，包括如下步骤：1)使用棋盘格标定法对两个摄像机完成立体标定：使用Matlab标定工具箱进行两个摄像机标定，通过求解图像坐标系和世界坐标系之间的关系，分别获得两个摄像机的内部参数矩阵M1、M2和外部参数矩阵R1、T1、R2、T2；其中M1和M2由两台相机相应的焦距fx、fy、主点坐标x0、y0组成，外部参数矩阵R1、R2为两个的相机旋转矩阵，外部参数矩阵T1、T2为两个相机的平移矩阵；然后使用Matlab的立体标定面板进行两摄像机的立体标定，获得两摄像机之间的旋转矩阵R3和平移矩阵T3，从而得到两台摄像机之间的相对位置关系，完成立体标定；2)立体校正：利用两台摄像机完成标定后得到的矩阵R1、T1、R2、T2以及两台摄像机的透视投影矩阵P1、P2，通过极线约束对图像进行立体对极线校正，使二维搜索变成一维搜索，并获取立体校正后右相机相对于左相机的位姿参数N；3)图像的采集以及图像预处理：通过基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置的两手爪夹持变速器壳体，使用两摄像机对待测变速器壳体进行拍摄，获得变速器壳体的两幅图像，对获得的变速器壳体图像依次进行高斯滤波、灰度化、二值化、Canny算子边缘特征检测图像预处理；4)立体匹配：通过基于SIFT特征描述子的立体匹配算法找到空间中同一物体结构点在两幅图像L1、L2中的投影对应点；通过基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置的翻转夹紧装置使得变速器壳体在竖直平面内旋转，通过转台转动使得变速器壳体在水平面内旋转，得到多组不同位置的变速器壳体图像；5)三维重建：通过双目立体视觉获取变速器壳体的深度信息，由深度信息计算空间点的三维坐标，构建出变速器壳体的三维场景。6.根据权利要求5所述的基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建方法，所述步骤1)具体操作如下：1.1)选用每个方格大小为30mm×30mm，图像阵列为9×11的棋盘标定模板，采用张正友标定算法进行研究；1.2)获取10-20组棋盘标定模板图像；棋盘标定模板图像包含平行于摄像机平面的棋盘标定模板图像，在水平面内旋转后的棋盘标定模板图像及在竖直平面内旋转后的棋盘标定模板图像；1.3)使用Harris角点检测法对模板角点进行提取，由于图像边缘的畸变较大，选取中间部位的7×6个角点进行提取；1.4)对每一幅用来标定的模板图像进行角点提取后，点击Matlab标定工作箱操作面板的Calibration键，得到两摄像机之一的内部参数矩阵M1，完成该摄像机的内参数标定，从而计算出该摄像机外部参数矩阵，得到外部参数R1、T1；1.5)重复步骤1.3)-1.4)对另一摄像机进行标定，得到另一摄像机的内部参数矩阵M2和外部参数R2、T2；1.6)利用公式获得两台摄像机之间的旋转矩阵R3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金刚，曾坛，傅兵，彭江鹏，赵又红，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43