一种槽孔特征的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种槽孔特征的提取方法，本发明专利技术利用双目视觉测量系统采集槽孔特征的左、右图像；提取槽孔轮廓边缘的二维点，进一步，获取槽孔轮廓边缘的三维图像点，对三维空间点信息通过RANSAC算法剔除杂点拟合出槽孔的半圆特征轮廓点、直线段轮廓点，并通过精确拟合得到的槽孔轮廓，最终得到槽孔特征参数：槽孔中心、宽度、长度，本方法测量精度能够达到微米级，测量时间在毫秒级，能够满足汽车行业等精密加工制造业的检测要求。

【技术实现步骤摘要】
一种槽孔特征的提取方法
本专利技术涉及光学三维测量领域，具体涉及一种槽孔特征的提取方法。
技术介绍
在零件的制作、加工过程中，由于受到设备本身加工精度的限制、生产过程管控不到位、外界环境变化等的影响，零件的制造尺寸与设计尺寸难免存在偏差；保证尺寸偏差在可控的范围内，对于整体结构质量的保证与控制有着非常重要的作用，特别是对于精密加工生产制造业，如汽车、飞机、高铁零部件及车身制造，对于零部件的加工制造精度有着极其严格的尺寸要求，因此需要高效的测量手段，获得这些零件尺寸偏差的数据，保证整体质量。槽孔特征是生产加工过程中极为常见的加工结构，也是拼接、安装的基础部件，因此对槽孔特征进行精确提取、分析尺寸，有着十分重要的现实意义，目前对于槽孔特征提取的方法主要采用边缘检测算子进行槽孔轮廓边缘提取，如Canny边缘检测算子、Sobel边缘检测算子、Priwitt边缘检测算子等，但是进行边缘提取的结果噪点很多，无法满足对精密加工工件的检测要求，因此需要进行边缘拟合，常用的边缘拟合方法，如最小二乘法，无法进行杂点剔除，容易发生拟合错误，拟合结果不准确。CN201710462540.5公开了一种工件圆弧边缘特征点的匹配方法，其利用RANSAC算法对圆弧进行拟合，得到圆轮廓，该方法旨在解决圆弧工件在双目视觉测量中存在缺口的问题；但是申请所公开的方法仅对二维平面圆弧进行拟合、之后进行左右图像匹配，但对匹配后的空间圆弧轮廓未做处理；在精密加工制造领域，测量精度往往要求微米级，现有方法测量精度无法满足要求。
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槽孔特征的提取方法，其测量精度能够达到0.001-0.01mm，测量时间在毫秒级，能够满足高精度检测的要求，本专利技术的技术方案如下：一种槽孔特征的提取方法，包括如下步骤：步骤一、利用双目视觉测量系统采集槽孔特征的左、右图像；步骤二、对所述左、右图像进行图像预处理，提取左、右图像的槽孔轮廓边缘二维点；步骤三、利用极线匹配方法将左、右图像中的槽孔轮廓边缘二维点转换到三维空间，获取槽孔轮廓的三维点坐标数据；记为点集Nj,j＝1,2,…,m，m为槽孔轮廓的三维点坐标个数；步骤四、随机从点集Nj中取至少3个点，记为待拟合选点，利用所述待拟合选点拟合空间圆，得到拟合平面Ⅰ及拟合空间圆I；计算所述空间圆I半径与理论半径R0的偏差值，将所述偏差值的绝对值与预设的阈值d比较；所述阈值d取值0～0.2mm；若所述偏差值小于等于阈值d，则所述空间圆I拟合正确，继续进行步骤五；反之，重新拟合空间圆I；步骤五、计算Fj,Dj,j＝1,2,…,m；Fj为点集Nj中的j点到所述拟合平面I的距离；Dj为点集Nj中j点到所述拟合空间圆I的圆心的距离与拟合空间圆I半径的差值的绝对值；步骤六、预设有距离阈值T1和差值阈值T2，当同时满足Fj＜T1，Dj＜T2时，则对应j点是半圆空间局内点，遍历点集Nj中的所有点，计算Fj、Dj值，标记所有半圆空间局内点；遍历点集Nj内所有点，标记所有半圆的空间局内点；步骤七、统计所述半圆的空间局内点的数量，记为M，计算M与m的比值Ratio＇；步骤八、对步骤四～步骤七进行q次迭代；选取M值中的最大值，记为Mmax，记录其所对应的半圆空间局内点为最终的半圆的图像三维点集，记为Ph′,h＝1,2,…,Mmax；步骤九、从所述点集Nj中点集Ph′，得到另一个槽孔轮廓的三维投影点集Nj′,j＝1,2,…,m′，m′为点集Nj去除点集Ph′内点后剩余槽孔轮廓的三维点的的个数；从所述点集Nj′中随机选取至少3个点，记为待拟合选点，拟合空间圆，作为拟合空间圆II，计算所述空间圆II半径与理论半径R0的偏差值，将所述偏差值的绝对值与预设的阈值d比较；所述阈值d取值0～0.2mm；若所述偏差值的绝对值大于阈值d，则所述空间圆II拟合错误，重新拟合空间圆II；反之，所述空间圆II拟合正确，按照步骤五～步骤八的方法对槽孔另一个半圆的图像三维点进行选择，得到点集Ph″；步骤十、求取槽孔特征参数。进一步，步骤七中还包括：预设比例阈值H，所述比例阈值H取值0.2～0.5，若Ratio＇≥H，则此次半圆拟合正确，保存此次的M值，以及其所对应的半圆的空间局内点坐标信息；否则，此次半圆拟合错误，不保存此次的M值，以及其所对应的半圆的空间局内点坐标信息。进一步，所述迭代次数q计算公式如下：p＝1-(1-Ratio1＇n)q；式中，n为待拟合选点的个数；p为n个待拟合选点均为半圆的空间局内点的概率，Ratio1＇为第一次求取的M与m的比值。进一步，步骤十中所述的槽孔特征参数利用点集Ph′、Ph″拟合两个半圆，继而获取两个半圆的圆心坐标及半径，再求取槽孔特征参数：槽孔中心、宽度、长度。进一步，在步骤十之前还包括：步骤1)、从点集Nj′中剔除点集Ph″中的点，得到剔除两个半圆点集之后的第二槽孔轮廓点集Nj″,j＝1,2,…,m″，m″为槽孔轮廓剔除两个半圆覆盖点后的三维点的个数；步骤2)、在所述点集Nj″中随机选取至少2个点，记为待拟合选点I，对待拟合选点I进行直线拟合，记为拟合直线L；步骤3)、计算所述点集Nj″中所有点到所述拟合直线L的距离，记为Fj′，j＝1,2,…,m″；步骤4)、比较Fj′与预设差值阈值T，将满足Fj′＜T的三维投影点标记为直线的空间局内点；其中所述差值阈值T＝0～0.2mm；遍历点集Nj″中的所有点，标记所有直线的空间局内点；步骤5)、统计所有直线的局内点的数目，记为S，计算S与m″的比值Ratio；预设比例阈值G，所述比例阈值G取值0.2～0.5，若Ratio≥G，则认为此次直线拟合正确，记录此次的S值，以及其所对应的直线的空间局内点坐标信息；否则，直线拟合错误，不保存此次的S值以及其所对应的直线的空间局内点坐标信息；步骤6)、对步骤2)～步骤5)进行迭代，迭代次数为q1次；从多个被记录的S中选取出最大值，记为Smax，并将其所对应的直线空间局内点作为最终的直线的图像三维点集，记为Lc′,c＝1,2,…,Smax；步骤7、从点集Nj″中剔除点集Lc′内的所有点，得到点集Nj″′,j＝1,2,…,m″′，m″′为剔除两个半圆轮廓和其中一条直线轮廓对应三维点后剩余的三维点的个数；步骤8、随机从所述点集Nj″′中取至少2个点，记为待拟合选点II，对待拟合选点II进行直线拟合，得到拟合直线L′；按照步骤3)～步骤6)的方法选取另一直线所对应的三维点，标记为点集Lc″。更进一步，所述迭代次数q1计算公式如下：式中，n1为待拟合选点的个数；p1为n1个待拟合选点均为同一直线空间局内点的概率，Ratio1为第一次求取的S与m″的比值。更进一步，步骤十中所述槽孔特征参数利用所述点集Ph′、点集Ph″、点集Lc′、点集Lc″求取；所述求取槽孔特征参数的计算过程如下：利用特征拟合方法分别对半圆对应的图像三维点集Ph′、点集Ph″进行圆拟合，对直线对应的图像三维点集Lc′、点集Lc″进行直线拟合，得到两个半圆的特征参数：半圆的中心坐标(x1,y1,z1)，半径r1；另一半圆的中心坐标(x2,y2,z2)，半径r2；以及第一拟合直线、第二拟合直线：计算半圆的中心坐标(x1,y1,z1)到第一拟合直线的距离D1以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种槽孔特征的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、利用双目视觉测量系统采集槽孔特征的左、右图像；步骤二、对所述左、右图像进行图像预处理，提取左、右图像的槽孔轮廓边缘二维点；步骤三、利用极线匹配方法将左、右图像中的槽孔轮廓边缘二维点转换到三维空间，获取槽孔轮廓的三维点坐标数据；记为点集Nj，j＝1，2，…，m，m为槽孔轮廓的三维点坐标个数；步骤四、随机从点集Nj中取至少3个点，记为待拟合选点，利用所述待拟合选点拟合空间圆，得到拟合平面I及拟合空间圆I；计算所述空间圆I半径与理论半径R0的偏差值，将所述偏差值的绝对值与预设的阈值d比较；所述阈值d取值0～0.2mm；若所述偏差值小于等于阈值d，则所述空间圆I拟合正确，继续进行步骤五；反之，重新拟合空间圆I；步骤五、计算Fj，Dj，j＝1，2，…，m；Fj为点集Nj中的j点到所述拟合平面I的距离；Dj为点集Nj中j点到所述拟合空间圆I的圆心的距离与拟合空间圆I半径的差值的绝对值；步骤六、预设有距离阈值T1和差值阈值T2，当同时满足Fj＜T1，Dj＜T2时，则对应j点是半圆空间局内点，遍历点集Nj中的所有点，计算Fj、Dj值，标记所有半圆空间局内点；遍历点集Nj内所有点，标记所有半圆的空间局内点；步骤七、统计所述半圆的空间局内点的数量，记为M，计算M与m的比值Ratio′；步骤八、对步骤四～步骤七进行q次迭代；选取M值中的最大值，记为Mmax，记录其所对应的半圆空间局内点为最终的半圆的图像三维点集，记为Ph′，h＝1，2，…，Mmax；步骤九、从所述点集Nj中点集Ph′，得到另一个槽孔轮廓的三维投影点集Nj′，j＝1，2，…，m′，m′为点集Nj去除点集Ph′内点后剩余槽孔轮廓的三维点的的个数；从所述点集Nj′中随机选取至少3个点，记为待拟合选点，拟合空间圆，作为拟合空间圆II，计算所述空间圆II半径与理论半径R0的偏差值，将所述偏差值的绝对值与预设的阈值d比较；所述阈值d取值0～0.2mm；若所述偏差值的绝对值大于阈值d，则所述空间圆II拟合错误，重新拟合空间圆II；反之，所述空间圆II拟合正确，按照步骤五～步骤八的方法对槽孔另一个半圆的图像三维点进行选择，得到点集Ph″；步骤十、求取槽孔特征参数。...

【技术特征摘要】
1.一种槽孔特征的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、利用双目视觉测量系统采集槽孔特征的左、右图像；步骤二、对所述左、右图像进行图像预处理，提取左、右图像的槽孔轮廓边缘二维点；步骤三、利用极线匹配方法将左、右图像中的槽孔轮廓边缘二维点转换到三维空间，获取槽孔轮廓的三维点坐标数据；记为点集Nj，j＝1，2，…，m，m为槽孔轮廓的三维点坐标个数；步骤四、随机从点集Nj中取至少3个点，记为待拟合选点，利用所述待拟合选点拟合空间圆，得到拟合平面I及拟合空间圆I；计算所述空间圆I半径与理论半径R0的偏差值，将所述偏差值的绝对值与预设的阈值d比较；所述阈值d取值0～0.2mm；若所述偏差值小于等于阈值d，则所述空间圆I拟合正确，继续进行步骤五；反之，重新拟合空间圆I；步骤五、计算Fj，Dj，j＝1，2，…，m；Fj为点集Nj中的j点到所述拟合平面I的距离；Dj为点集Nj中j点到所述拟合空间圆I的圆心的距离与拟合空间圆I半径的差值的绝对值；步骤六、预设有距离阈值T1和差值阈值T2，当同时满足Fj＜T1，Dj＜T2时，则对应j点是半圆空间局内点，遍历点集Nj中的所有点，计算Fj、Dj值，标记所有半圆空间局内点；遍历点集Nj内所有点，标记所有半圆的空间局内点；步骤七、统计所述半圆的空间局内点的数量，记为M，计算M与m的比值Ratio′；步骤八、对步骤四～步骤七进行q次迭代；选取M值中的最大值，记为Mmax，记录其所对应的半圆空间局内点为最终的半圆的图像三维点集，记为Ph′，h＝1，2，…，Mmax；步骤九、从所述点集Nj中点集Ph′，得到另一个槽孔轮廓的三维投影点集Nj′，j＝1，2，…，m′，m′为点集Nj去除点集Ph′内点后剩余槽孔轮廓的三维点的的个数；从所述点集Nj′中随机选取至少3个点，记为待拟合选点，拟合空间圆，作为拟合空间圆II，计算所述空间圆II半径与理论半径R0的偏差值，将所述偏差值的绝对值与预设的阈值d比较；所述阈值d取值0～0.2mm；若所述偏差值的绝对值大于阈值d，则所述空间圆II拟合错误，重新拟合空间圆II；反之，所述空间圆II拟合正确，按照步骤五～步骤八的方法对槽孔另一个半圆的图像三维点进行选择，得到点集Ph″；步骤十、求取槽孔特征参数。2.如权利要求1所述槽孔特征的提取方法，其特征在于：步骤七中还包括：预设比例阈值H，所述比例阈值H取值0.2～0.5，若Ratio′≥H，则此次半圆拟合正确，保存此次的M值，以及其所对应的半圆的空间局内点坐标信息；否则，此次半圆拟合错误，不保存此次的M值，以及其所对应的半圆的空间局内点坐标信息。3.如权利要求1所述槽孔特征的提取方法，其特征在于：所述迭代次数q计算公式如下：p＝1-(1-Ratio1′n)q；式中，n为待拟合选点的个数；p为n个待拟合选点均为半圆的空间局内点的概率，Ratio1′为第一次求取的M与m的比值。4.如权利要求1所述槽孔特征的提取方法，其特征在于：步骤十中所述的槽孔特征参数利用点集Ph′、Ph″拟合两个半圆，继而获取两个半圆的圆心坐标及半径，再求取槽孔特征参数：槽孔中心、宽度、长度。5.如权利要求1所述槽孔特征的提取方法，其特征在于：在步骤十之前还包括：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志博，马坤，
申请(专利权)人：易思维杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33