表面曲率突变光学轮廓测量方法技术

本发明专利技术公开了一种表面曲率突变光学轮廓测量方法，首先获取光带图像，再对光带图像进行均值滤波和二值化处理，然后对二值化处理后的光带图像进行平均灰度计算，采用平均灰度算法判断台阶曲率突变的特殊位置，在三维轮廓重建的过程中，能对曲率突变位置作出相应的识别处理，滤出该曲率突变位置轮廓线，准确的还原出该表面曲率突变物体的轮廓。

【技术实现步骤摘要】
表面曲率突变光学轮廓测量方法
本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种表面曲率突变光学轮廓测量方法。
技术介绍
随着机械、汽车、航天等制造业和服务、制鞋、玩具等民用工业的发展，在模具制造业中对复杂表面进行测量的需要越来越多。迄今为止，光学三维轮廓测量技术已经有了很长时间的发展，已有许多成熟的测量方法。但现有的三维轮廓系统的测量精度、自动化、自适应程度普遍偏低，尤其对复杂结构轮廓的测量，现尚存在许多没有解决的难题。三维测量是各个应用领域，如制造业、检验、文档分析、工程设计、刑事侦查现场痕迹分析、自动在线检测、质量控制、机器人、医疗诊断和军事等领域中各种智能自主系统中不可分割的一部分。随着现代检测技术的进步，三维测量技术逐步成为人们的研究重点，特别是随着激光技术、计算机技术以及图像处理技术等高新技术的发展，使得光学式三维测量技术得到广泛的应用。而随着计算机技术和光电技术的发展，基于光学原理、以计算机图像处理为主要手段的三维复杂曲面非接触式快速测量技术也应运而生。逆向工程，是指从实物上采集大量的三维坐标点，并由此建立该物体的几何模型，进而开发出同类产品的先进技术，复杂曲面的逆向工程也是逆向工程的难点之一，它是根据曲面的测量规划，对曲面进行数字化扫描检测，再将数字点云进行曲面重构生成CAD模型，随着机械、汽车、航天等制造业和服务、制鞋、玩具等民用工业的发展，在模具制造业中对复杂表面进行测量的需要越来越多。光学三维轮廓测量由于其非接触性、高精度与高分辨率，在CAD/CAE、反求工程、在线检测与质量保证、多媒体技术、医疗诊断、机器视觉等领域得到日益广泛的应用，被公认是最有前途的三维轮廓测量方法。对于曲率突变的几何物体，一般的三维测量方法都会失效。例如线结构激光法，当线形激光器光刀照射于曲率突变的表面时，受表面突变影响，激光带会变成无大面积无规则形状，从而使轮廓测量失败。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题，提供一种表面曲率突变光学轮廓测量方法，可准确的判断几何物体曲率突变的位置并作出相应的处理，使得轮廓测量不受影响。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种表面曲率突变光学轮廓测量方法，包括以下步骤：S1：待测物处于位置j时，利用计算机软件发出脉冲调制信号对激光器进行调制，激光器输出线型光束对待测物进行照明；同时利用计算机软件发出触发信号，触发CCD图像传感器同步采集待测物表面的光带图像，并将采集的图像记为A1，然后关闭激光器，CCD摄像机再次采集相同位置的图像，记为A11；S2：对由锁定成像所得的图像A1、A11进行处理，在此位置获得一幅去除背景光的光带图像Ij；S3：对上述S2中获得的光带图像Ij进行二值化处理；S4：对二值化处理后的光带图像Ij进行平均灰度计算，设该图像中有N个像素点，第i个像素点的灰度值为Ni，则光带图像Ij的平均灰度为：S5：将待测物从位置j沿导轨平移距离L到达位置j+1处，重复步骤S1至S4，得到与光带图像I位置连续的光带图像Ij+1，并计算出光带图像Ij+1的平均灰度S6：将光带图像Ij+1的平均灰度除以光带图像Ij的平均灰度，得到比值进行判断，若比值则光带图像Ij+1为曲率突变图像，该位置为曲率突变位置，在待测物的每个位置，计算机软件均采用三维表面轮廓重建技术进行同步的轮廓重建，若该位置为曲率突变位置，则滤出该位置轮廓线后返回S5；若比值则该位置没有曲率突变，返回S5；直到完成待测物整体的轮廓重建。优选地，步骤S3中光带图像在二值化处理处理前进行均值滤波。优选地，步骤S6中k的大小与待测物的表面曲率相关。本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供的表面曲率突变光学轮廓测量方法，采用平均灰度算法判断台阶曲率突变的特殊位置，在三维轮廓重建的过程中，能对曲率突变位置作出相应的识别处理，准确的还原出该表面曲率突变物体的轮廓。附图说明图1是本专利技术表面曲率突变光学轮廓测量方法流程图；图2是本专利技术表面曲率突变光学轮廓测量装置的示意图；图3是本专利技术被测物台阶的示意图；图4是本专利技术第一台阶位置的灰度图像；图5是本专利技术台阶临界位置的灰度图像；图6是本专利技术第二台阶位置的灰度图像；图7是本专利技术被测物台阶平均灰度变化图；图8是本专利技术被测物台阶的轮廓重建效果图；附图标记说明：1、固定架；2、CCD摄像机；3、线结构激光器；4、位移平台；5、待测物。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明：如图2所示，本专利技术的表面曲率突变光学轮廓测量装置，包括固定架1、两台轴对称的CCD摄像机2、三只共面的线结构激光器3、位移平台4和一台计算机。两台CCD摄像机2通过三维调节平台固定到固定架1的两个相邻的支柱上，并通过调节三维调节平台保证两台CCD摄像机的光轴的交点在测量区域的中心。三只线结构激光器3通过二维调节平台固定在固定架1的另外两个支柱及下方位置，使三只线结构激光器3的夹角成120°，以确保每一只激光器到被测物中心轴等距，这样保证照射到物体表面的激光强度相同。由于CCD摄像机和线结构激光器均固定在固定架上，要实现激光对被测物的纵向扫描来获取系列的轮廓线，如果移动CCD摄像机和线结构激光器来扫描，那么系统的稳定性和可操作性将会下降，并且很难控制扫描速度。为了解决上述问题，本测量系统采用固定CCD摄像机和线结构激光器的位置，移动待测物相对于激光的位置来扫描物体，为方便被测物的移动速度和距离的控制，将位移平台4放置于固定架1中部下方的导轨上并确保固定在位移平台4上的待测物5于测量区域的中心点上，位移平台4通过步进电机进行驱动可以沿导轨移动。计算机连接CCD摄像机来捕获图像，连接步进电机来驱动控制位移平台移动，连接线结构激光器以控制线结构激光器的亮或灭。本专利技术还提供一种基于上述装置的表面曲率突变光学轮廓测量方法，其流程图如图1所示，调节二维调整平台使线结构激光器的激光面共面，三个线结构激光器发射的激光在待测物表面形成一个待测物横截面轮廓的激光光带，再使用CCD摄像机获取光带图像，将获取的图像传送到计算机中计算被测物的轮廓信息，具体包括以下步骤：S1：待测物处于位置j时，利用计算机软件发出脉冲调制信号对激光器进行调制，激光器输出线型光束对待测物进行照明；同时利用计算机软件发出触发信号，触发CCD图像传感器同步采集待测物表面的光带图像，并将采集的图像记为A1，然后关闭激光器，CCD摄像机再次采集相同位置的图像，记为A11；S2：对由锁定成像所得的图像A1、A11进行处理，在此位置获得一幅去除背景光的光带图像Ij；S3：对上述S2中获得的光带图像Ij进行均值滤波和二值化处理；S4：对二值化处理后的光带图像Ij进行平均灰度计算，设该图像中有N个像素点，第i个像素点的灰度值为Ni，则光带图像Ij的平均灰度为：S5：将待测物从位置j沿导轨平移距离L到达位置j+1处，重复步骤S1至S4，得到与光带图像I位置连续的光带图像Ij+1，并计算出光带图像Ij+1的平均灰度S6：将光带图像Ij+1的平均灰度除以光带图像Ij的平均灰度，得到比值进行判断，若比值则光带图像Ij+1为曲率突变图像，该位置为曲率突变位置，在待测物的每个位置，计算机软件均采用三维表面轮廓重建技术进行同步的轮廓重建，若该位置为曲率突变位置，则滤出该位置轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面曲率突变光学轮廓测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：待测物处于位置j时，利用计算机软件发出脉冲调制信号对激光器进行调制，激光器输出线型光束对待测物进行照明；同时利用计算机软件发出触发信号，触发CCD图像传感器同步采集待测物表面的光带图像，并将采集的图像记为A1，然后关闭激光器，CCD摄像机再次采集相同位置的图像，记为A11；S2：对由锁定成像所得的图像A1、A11进行处理，在此位置获得一幅去除背景光的光带图像Ij；S3：对上述S2中获得的光带图像Ij进行二值化处理；S4：对二值化处理后的光带图像Ij进行平均灰度计算，设该图片中有N个像素点，第i个像素点的灰度值为Ni，则光带图像Ij的平均灰度为：S5：将待测物从位置j沿导轨平移距离L到达位置j+1处，重复步骤S1至S4，得到与光带图像I位置连续的光带图像Ij+1，并计算出光带图像Ij+1的平均灰度Navej+1；S6：将光带图像Ij+1的平均灰度除以光带图像Ij的平均灰度，得到比值进行判断，若比值则光带图像Ij+1为曲率突变图像，该位置为曲率突变位置，在待测物的每个位置，计算机软件均采用三维表面轮廓重建技术进行同步的轮廓重建，若该位置为曲率突变位置，则滤出该位置轮廓线后返回S5；若比值则该位置没有曲率突变，返回S5；直到完成待测物整体的轮廓重建。...

【技术特征摘要】
1.一种表面曲率突变光学轮廓测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：待测物处于位置j时，利用计算机软件发出脉冲调制信号对激光器进行调制，激光器输出线型光束对待测物进行照明；同时利用计算机软件发出触发信号，触发CCD图像传感器同步采集待测物表面的光带图像，并将采集的图像记为A1，然后关闭激光器，CCD摄像机再次采集相同位置的图像，记为A11；S2：对由锁定成像所得的图像A1、A11进行处理，在此位置获得一幅去除背景光的光带图像Ij；S3：对上述S2中获得的光带图像Ij进行二值化处理；S4：对二值化处理后的光带图像Ij进行平均灰度计算，设该图像中有N个像素点，第i个像素点的灰度值为Ni，则光带图像Ij的平均灰度为：S5：将待测物从位置j沿导轨平移距离L到达位置j+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：余学才，赵晨晨，魏英杰，葛小武，周建华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51