基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统与方法，旨在解决基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌主动视觉检测问题。基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌主动视觉重建系统主要由摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、激光器(4)与二维参考板(5)组成。基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌主动视觉重建方法由图像采集、求解从投影空间到相似空间的变换矩阵、车身点重建三个步骤组成，提供了一种结构简单、性能可靠的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统与方法。

【技术实现步骤摘要】
基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统与方法
本专利技术涉及一种汽车形貌检测领域的测量设备与测量方法，更具体的说，它是一种基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统与方法。
技术介绍
近几十年来，视觉三维形貌测量在工业自动检测、逆向工程、医疗、生物识别及文物复制等众多领域具有广泛的应用。随着社会需求与科学技术的发展，现已有检测方法如三坐标机等由于采取逐点扫描和接触式检测方式，测量效率低，很难满足对汽车形貌检测的要求。因此针对汽车形貌检测问题，设计一种非接触式、测量速度快、适合测量大型物体的无严格约束的检测方法来恢复汽车形貌显得十分重要。本专利技术提出了一种基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统与方法。系统中的二维参考板和激光器投射的激光线处于同一平面，二维参考板上设定有多对正交直线，用以求解与虚圆点对偶二次曲线并获得相似空间的变换矩阵，在相似空间利用比例不变性重建车身点坐标。
技术实现思路
本专利技术针对解决在获取汽车形貌过程中，固定式检测无法灵活检测汽车各个部位的形貌，且设备价格昂贵、测量速度慢等问题，提出了一种性能可靠、结构简单、操作简便、算法简单的方法与系统。该方法主要由摄像机支架、摄像机、连接件、激光器与二维参考板组成。利用两个相似不变量进行重建：第一个不变量是与虚圆点对偶二次曲线，由参考图案上的正交线导出。该相似不变量可求出从投影空间到相似空间的变换矩阵。第二个不变量是激光投影点与参考点组成的线段的比值，并利用二维参考板和共面激光平面在被测物体上产生激光投影点，将相似空间中的激光投影点转化为欧氏空间，实现了汽车形貌重建。结合说明书附图，本专利技术采用如下技术方案予以实现：基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统包括有摄像机支架、摄像机、连接件、激光器与二维参考板。摄像机支架放置在地面上，摄像机通过底部的螺纹孔与摄像机支架顶部的螺栓螺纹固定连接，二维参考板置入连接件的U形钢板的细长凹槽中，螺栓穿入连接件和二维参考板的通孔与螺母螺纹固定连接，激光器插入激光器连接件钢管的内孔中，紧定螺钉旋入连接件钢管侧面的螺纹孔，紧定螺钉端部与激光器圆柱面接触紧配合，激光器发出的激光线与二维参考板图形所在平面共面。技术方案中所述的摄像机支架为可调整高度的三角支架。技术方案中所述的摄像机为装有窄带滤光片的广角工业相机。技术方案中所述的连接件为U形钢板与钢管焊接而成的零件，U形钢板侧面加工有通孔，钢管侧面加工有螺纹孔。技术方案中所述的激光器为可发射线激光的圆柱形零件，激光器发出的激光波长与摄像机的窄带滤光片的带通波长一致。技术方案中所述的二维参考板为一块矩形钢板制成的零件，二维参考板的表面粘贴有生成与虚圆点对偶二次曲线的黑白三角形相间的规则几何图形，二维参考板加工有通孔。基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建方法的具体步骤如下：第一步：基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建方法的图像采集：摄像机固定在摄像机支架上，将摄像机支架放置在地面上，激光器插入连接件的钢管内孔，打开激光器，通过调节连接件的钢管上的螺钉并旋转激光器使其投射出的激光线与二维参考板共面并将激光器固定，摄像机采集一幅图像，图像包含二维参考板以及激光器与车辆表面相交的投影激光点；第二步：根据与虚圆点对偶二次曲线图像坐标求解从投影空间到相似空间的变换矩阵：在摄像机采集的图像中利用Hough变换提取二维参考板上第i对(i＝1，2，...，n，n≥5)正交直线的图像坐标li、mi，与虚圆点对偶二次曲线图像坐标可对下式用SVD分解求得其中为与虚圆点对偶二次曲线图像坐标；由与虚圆点对偶二次曲线的相似不变性得其中为仿射变换矩阵，其中的K是一个2×2上三角矩阵，为射影变换矩阵，其中为与虚圆点对偶二次曲线在欧氏空间中的坐标；令从射影空间到相似空间的变换矩阵V＝HPHA，即则与虚圆点对偶二次曲线的图像坐标与欧氏坐标转换关系为由上式得利用Cholesky分解求得上三角矩阵由已求出的上三角矩阵K可得根据已求得的上三角矩阵K以及向量w，得到从射影空间到相似空间的变换矩阵V第三步：激光平面与车辆表面相交的激光投影点在欧氏坐标系下重建：任意选取二维参考板上的一对特征点Aq，Bq(q＝1，2，...，m，m≥2)，从二维参考板可直接获取特征点Aq，Bq的欧氏坐标并从第一步获取的图像中提取其图像坐标以及车辆表面激光投影点的图像坐标xj＝(xjyj1)T，待求的车辆表面激光投影点的欧氏坐标为根据第二步中求得的得到从射影空间到相似空间的变换矩阵V，将特征点从射影空间变换到相似空间由长度比的相似不变性可得二维参考板的欧氏坐标Y轴上取Bq点，并令得二维参考板上再选取一对特征点可得等式由上述两式可得车身表面特征点的欧氏坐标的纵坐标在二维参考板上继续选取(m-1)组特征点，求出(m-1)个纵坐标值并求其均值将均值代替等式中的则车身表面特征点欧氏坐标的横坐标为本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术利用两个相似不变量进行重建：第一个不变量是与虚圆点对偶二次曲线，由参考图案上的正交线导出。该相似不变量可求出从投影空间到相似空间的变换矩阵。第二个不变量是激光投影点与参考点组成的线段的比值，并利用二维参考板和共面激光平面在被测物体上产生激光投影点，将相似空间中的激光投影点转化为欧氏空间，实现了汽车形貌重建。(2)重建时将特征点取在二维参考板5的Y轴上，避免求解非线性方程，大大简化了计算过程。(3)本专利技术只需要摄像机获取一张包含二维参考板5以及激光器4与车辆表面相交的投影激光点的图像，即可在求解车身特征点的真实坐标。(4)本专利技术的系统采用的摄像机2为装有窄带滤光片的广角工业相机，可获取的视野范围更广，使得二维参考板5和激光器4所组成的组合体可扫描的范围更广，更灵活。使得所采用的激光器4发出的激光波长与摄像机2的窄带滤光片的带通波长一致，能够有效降低环境光源对测量过程的干扰，大大提高了测量精度。(5)连接件3的钢管上下左右各加工有两个螺纹孔，八个螺钉旋入螺纹孔内，用以调节及固定激光器4的位置，可使激光器4投射出的激光线与二维参考板5共面。附图说明图1是基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统重建过程的轴测图；图2是基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统中摄像机支架1的轴测图；图3是基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统中摄像机2的轴测图；图4是基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统中连接件3的轴测图；图5是基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统中二维参考板5的轴测图；图6是基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统中连接件3、激光器4、二维参考板5装配体的轴测图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于，所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统包括有摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、激光器(4)与二维参考板(5)；/n摄像机支架(1)放置在地面上，摄像机(2)通过底部的螺纹孔与摄像机支架(1)顶部的螺栓螺纹固定连接，二维参考板(5)置入连接件(3)的U形钢板的细长凹槽中，螺栓穿入连接件(3)和二维参考板(5)的通孔与螺母螺纹固定连接，激光器(4)插入激光器连接件(3)钢管的内孔中，紧定螺钉旋入连接件(3)钢管侧面的螺纹孔，紧定螺钉端部与激光器(4)圆柱面接触紧配合，激光器(4)发出的激光线与二维参考板(5)图形所在平面共面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于，所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统包括有摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、激光器(4)与二维参考板(5)；
摄像机支架(1)放置在地面上，摄像机(2)通过底部的螺纹孔与摄像机支架(1)顶部的螺栓螺纹固定连接，二维参考板(5)置入连接件(3)的U形钢板的细长凹槽中，螺栓穿入连接件(3)和二维参考板(5)的通孔与螺母螺纹固定连接，激光器(4)插入激光器连接件(3)钢管的内孔中，紧定螺钉旋入连接件(3)钢管侧面的螺纹孔，紧定螺钉端部与激光器(4)圆柱面接触紧配合，激光器(4)发出的激光线与二维参考板(5)图形所在平面共面。


2.按照权利要求1所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的摄像机支架(1)为可调整高度的三角支架。


3.按照权利要求1所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的摄像机(2)为装有窄带滤光片的广角工业相机。


4.按照权利要求1所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的连接件(3)为U形钢板与钢管焊接而成的零件，U形钢板侧面加工有通孔，钢管侧面加工有螺纹孔。


5.按照权利要求1所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的激光器(4)为可发射线激光的圆柱形零件，激光器(4)发出的激光波长与摄像机(2)的窄带滤光片的带通波长一致。


6.按照权利要求1所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统，其特征在于所述的二维参考板(5)为一块矩形钢板制成的零件，二维参考板(5)的表面粘贴有生成与虚圆点对偶二次曲线的黑白三角形相间的规则几何图形，二维参考板(5)加工有通孔。


7.按照权利要求1至6所述的基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建系统的重建方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：基于与虚圆点对偶二次曲线的汽车形貌重建方法的图像采集：
摄像机(2)固定在摄像机支架(1)上，将摄像机支架(1)放置在地面上，激光器(4)插入连接件(3)的钢管内孔，打开激光器(4)，通过调节连接件(3)的钢管上的螺钉并旋转激光器(4)使其投射出的激光线与二维参考板(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐观，陈芳，单红梅，苏建，刘玉梅，张立斌，陈熔，戴建国，林慧英，李晓韬，朱尧平，沈慧，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22