基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统与方法，旨在解决基于角度相似不变的汽车形貌主动视觉检测问题。基于角度相似不变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)、线激光器(4)与二维参考板(5)组成。基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测方法由图像采集、根据多对平行直线及正交直线获得从投影空间到相似空间的变换矩阵、激光线与车身表面相交的激光投影点重建三个步骤组成，提供了一种结构简单、性能可靠的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统与方法。

【技术实现步骤摘要】
基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统与方法
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，它是一种基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统与方法。
技术介绍
近年来，机器视觉已经逐渐成为了提高汽车检测的效率和精度的关键技术。而汽车形貌检测是汽车通过性及行驶安全性检测的重要研究内容之一。基于机器视觉的汽车形貌检测可以实现自动辨识车辆是否超限超载，并为车型的分类、整车尺寸参数、车辆信息的荻取及重建提供非常重要的依据。因此研究汽基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统与方法，通过非接触的测量方法对于丰富汽车性能检测方法、保障人们的生命财产安全、实现汽车自动化检测具有重要研究意义。本专利技术设计了一种非接触式、测量速度快、适合测量大型物体的无严格约束的检测方法，构造了空间转换特征平行线和垂直线，并利用相似空间角度不变的特性构造了包含激光投影点信息的角度不变量，实现了采用简便模型对汽车形貌的快速检测。
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，需要一种非接触式、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的现状，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、线激光器与二维参考板组成，首先将利用参考图案上的多对平行直线及正交直线求出从投影空间到相似空间的变换矩阵；再利用激光投影点与二维参考板上的已知线段组成的角度相似不变量；最后根据三角形的正弦定理将相似空间中的激光投影点转化为欧氏空间，实现了基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测。结合说明书附图，本专利技术采用如下技术方案予以实现：基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统包括有摄像机支架、摄像机、连接件、线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，线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，紧定螺钉端部与线激光器圆柱面接触紧配合，线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；技术方案中所述的线激光器为可发射线激光的圆柱形零件，线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可以生成角度特征的相交直线族和平行直线族的规则几何图形，二维参考板加工有通孔。基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测方法的具体步骤如下：第一步：基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测的图像采集：摄像机固定在摄像机支架上，将摄像机支架放置在地面上，线激光器插入连接件的钢管内孔，打开线激光器，并旋转使其投射出的激光线与二维参考板共面，通过调节连接件的钢管上的螺钉，将线激光器固定，摄像机采集一幅图像，图像包含二维参考板以及线激光器与车辆表面相交的投影激光点；第二步：根据多对平行直线及正交直线获得从投影空间到相似空间的变换矩阵：根据摄像机采集的图像，利用Hough变换提取第i(i＝1，2...m，m≥2)对平行直线的图像坐标li，1、li，2、求得第i个无穷远点的像为xi＝li，1×li，2由无穷远点的像在无穷远直线l∞＝(001)T的像上得其中为无穷远直线的像，通过SVD分解可求得无穷远直线的像进而可得投影空间到仿射空间的变换矩阵并用HF遍乘图像点坐标，将图像从投影空间变换到仿射空间；在已经过仿射矫正后的图像上提取p(p＝1，2...n，n≥2)对正交直线lq和mq，则其中为lq和mq的图像坐标，利用SVD分解可得KKT，再利用Cholesky分解KKT得到上三角矩阵K，令得到将图像矫正到相似空间的矩阵V＝HFHA第三步：激光线与车身表面相交的激光投影点在欧氏坐标系下重建：从二维参考板获取任意线段LAB两端点A、B的欧氏坐标在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变换矩阵V，将特征点从射影空间矫正到相似空间As＝V-1A1Bs＝V-1B1在相似空间中，线段LAB以及由点As和Bs和构成的直线坐标分别为lAB＝V-1LAB直线与直线的夹角为θA，直线与直线的夹角为θB，直线与直线的夹角为θX，对于第j组直线，各夹角为由相似空间的角度不变性、欧氏空间的已知点A、B坐标和三角形的正弦定理得带入坐标元素得令带入上式得得到车身表面特征点的欧氏坐标中横坐标和纵坐标为本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的方法采用平行线和垂直线的像获得欧氏空间到相似空间的转换矩阵，采用已知点和激光投影点构造角度相似不变量，利用正弦定理构造车身点重建解算方程，采用与坐标轴重合的点实现了二次方程的线性化，避免了解复杂的非线性方程组，实现了车身点的重建。(2)本专利技术的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在二维参考板5坐标系的真实坐标，进而可求解车身特征点的欧氏坐标。(3)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，使得所采用的线激光器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。且连接件3的钢管上下左右加工有螺纹孔，用以调节及固定线激光器4的位置，可使线激光器4投射出的激光线与二维参考板5共面。附图说明图1是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统的轴测图；图2是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统中摄像机支架1的轴测图；图3是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统中摄像机2的轴测图；图4是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统中连接件3的轴测图；图5是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统中二维参考板5的轴测图；图6是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统中连接件3、线激光器4、二维参考板5的轴测图；图7是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测方法的原理图；图8是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测方法中求解投影空间矫正到仿射空间的变换矩阵的流程图；图9是基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测方法中求解投影空间矫正到相似空间的变换矩阵的流程图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统，其特征在于，所述的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统包括有摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、线激光器(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，线激光器(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，紧定螺钉端部与线激光器(4)圆柱面接触紧配合，线激光器(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】
1.一种基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统，其特征在于，所述的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统包括有摄像机支架(1)、摄像机(2)、连接件(3)、线激光器(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，线激光器(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，紧定螺钉端部与线激光器(4)圆柱面接触紧配合，线激光器(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所述的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统，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所述的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统，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所述的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统，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所述的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统，其特征在于所述的线激光器(4)为可发射线激光的圆柱形零件，线激光器(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所述的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统，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)的表面粘贴有可以生成角度特征的相交直线族和平行直线族的规则几何图形，二维参考板(5)加工有通孔。


7.按照权利要求1至6所述的基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测系统的检测方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：基于角度相似不变的汽车形貌视觉检测的图像采集：
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，线激光器(4)插入连接件(3)的钢管内孔，打开线激光器(4)，并旋转使其投射出的激光线与二维参考...

【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