三维检测系统和三维检测方法技术方案

本公开涉及一种三维检测系统和三维检测方法，该三维检测系统包括：图像采集传感器，用于采集物体表面图像；二维孔特征计算器，用于基于所述物体表面图像，确定孔二维特征参数；三维孔特征计算器，用于基于所述孔二维特征参数，对孔进行三维重建，确定孔三维特征参数；辅助功能计算器，用于基于所述孔二维特征参数和所述孔三维特征参数，对所述孔三维特征参数进行优化。本公开实施例提供的技术方案，通过对物体表面图像进行识别，确定孔二维特征参数和孔三维特征参数，并利用辅助功能计算器对孔三维特征参数进行优化，可实现有效测量孔位。

【技术实现步骤摘要】
三维检测系统和三维检测方法
本公开涉及三维扫描
，尤其涉及一种三维检测方法和三维检测系统。
技术介绍
光学三维检测系统是常用的快速三维测量系统，在工业检测领域，光学三维扫描正逐渐成为主流的检测技术手段。工业光学三维扫描技术按扫描方式主要分两大类：固定式三维扫描和手持式三维扫描。其中，固定式三维扫描的优点是面阵扫描，单帧扫描可得整个可见区域的三维数据，单次测量效率较高，测量精度较高；其缺点是固定式三维检测系统通常笨重、使用不便捷及人工操作体验不佳。手持式三维扫描的优点是操作灵活便捷，更加适用于各种形状、尺寸的工件测量，特别是采用激光光源的手持式三维检测系统还具有很好的复杂光照、材质、颜色等适应性。随着工业制造水平和品控需求的日益提升，工件上各种孔位的快速精确测量技术逐渐称为检测领域关注的重点。目前，采用三维扫描设备(或系统)进行孔位检测的方法通常是：采集工件上孔壁内表面的三维点云，利用点云拟合特征并进行特征尺寸测量。但是，当面向内壁表面积较小或内壁直径较小等类型孔时，难以通过扫描得到充足或完整的内壁数据，点云拟合特征将失效，从而导致无法准确有效地测量孔位。
技术实现思路
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种三维检测系统和三维检测方法。本公开提供了一种三维检测系统，包括：两个图像采集传感器，用于采集物体表面图像；二维孔特征计算器，用于基于所述物体表面图像，确定孔二维特征参数；三维孔特征计算器，用于基于所述孔二维特征参数，对孔进行三维重建，确定孔三维特征参数；辅助功能计算器，用于基于所述孔二维特征参数和所述孔三维特征参数，对所述孔三维特征参数进行优化。在一些实施例中，所述图像采集传感器设置有至少两个，所述图像采集传感器设置在同一手持式扫描设备中。在一些实施例中，所述手持式扫描设备还包括补光装置和图案投影器；所述图案投影器用于将结构光图案投射至物体表面；所述补光装置用于物体表面照明。在一些实施例中，所述图案投影器采用激光光源、LED光源或卤素灯光源；所述补光装置为全局LED灯。在一些实施例中，所述二维孔特征计算器包括：孔特征分类器，用于基于所述物体表面图像识别孔的轮廓，并按照轮廓的形状将孔划分至不同的类别；孔特征提取器，用于基于孔的轮廓的类别，提取所述孔二维特征参数。在一些实施例中，所述孔特征分类器包括：圆孔识别器，用于基于孔的轮廓形状拟合椭圆，并在拟合误差小于第一阈值时，将孔归类为椭圆孔；方孔识别器，用于检测未归类至圆孔的闭合轮廓的角点，将孔的轮廓形状中有且仅有四个角点，且两两相邻角点间轮廓在一条直线上的孔归类为方孔；长圆孔识别器，用于计算未归类至圆孔和方孔的闭合轮廓的最小外接矩形，确定参考长圆孔的长度、宽度和圆弧直径，并确定参考外接矩形，将所述参考外接矩形与所述最小外接矩形对齐，在所述参考长圆孔与其对应的所述闭合轮廓的对齐误差小于第二阈值时，将孔归类为长圆孔。在一些实施例中，所述孔特征提取器包括：圆孔特征提取器，用于提取椭圆孔的孔二维特征参数，所述椭圆孔的孔二维特征参数包括椭圆方程、长轴方向、长半轴以及短半轴；方孔特征提取器，用于提取所述方孔的孔二维特征参数，所述方孔的孔二维特征参数包括中心点坐标和四个顶点的坐标；长圆孔特征提取器，用于提取所述长圆孔的孔二维特征参数，所述长圆孔的孔二维特征参数包括中心点坐标以及最小外接矩形的四个顶点坐标。在一些实施例中，所述三维孔特征计算器包括：孔三维重建计算器，用于基于所述孔二维特征参数，基于双目视觉原理对孔进行三维重建，获取孔三维特征参数；校验计算器，用于利用空间几何形状特征，对所述孔三维特征参数进行校验，排除错误的孔三维特征参数。在一些实施例中，所述孔三维重建计算器具体用于：基于对极几何原理，将所述图像采集传感器采集到的物体表面图像进行对极匹配，并在满足匹配关系时，利用三角计算得到方孔、圆孔或长圆孔的所述孔三维特征参数。在一些实施例中，所述辅助功能计算器包括：参数优化计算器，用于基于最小化重投影误差优化方法，采用所述孔二维特征参数、所述孔三维特征参数和权重系数，对所述孔三维特征参数进行优化；其中，所述权重系数代表不同所述物体表面图像对应的权重。在一些实施例中，所述辅助功能计算器包括：空间定位计算器，用于确定所述至少两个图像采集传感器的坐标系原点指向孔中心的向量与孔的法向之间的夹角，以及用于将不同该时刻得到的孔的空间参数配准到同一坐标系下；所述空间参数包括所述孔二维特征参数和/或所述孔三维特征参数；数据优选计算器，用于基于所述夹角，确定该时刻的所述物体表面图像参与计算时的所述权重系数；其中，所述夹角越大，所述权重系数越小。在一些实施例中，所述参数优化计算器具体用于：基于所述孔二维特征参数、所述孔三维特征参数、所述权重系数以及目标函数E＝∑Wi(Pi(S)-Fi)2，对所述孔三维特征参数进行优化；其中，基于所述孔三维特征参数确定孔的三维轮廓，将所述三维轮廓投影至各时刻各所述物体表面图像上获取所述三维轮廓在所述物体表面图像上的轮廓参考值集合{Pi(S)}，其中，Pi为该孔在第i幅所述物体表面图像上的投影轮廓参考值，Pi是关于S的函数，S为空间孔的孔三维特征参数；Fi代表通过二维特征计算器确定的所述孔二维特征参数；Wi代表所述权重系数；采用非线性最小二乘法对所述目标函数进行优化计算，得到优化后的所述孔三维特征参数，i为正整数。本公开还提供了一种三维检测方法，应用上述任一种三维检测系统执行，该三维检测方法包括：图像采集传感器采集物体表面图像；二维孔特征计算器基于所述物体表面图像，确定孔二维特征参数；三维孔特征计算器基于所述孔二维特征参数，对孔进行三维重建，确定孔三维特征参数；辅助功能计算器基于所述孔二维特征参数和所述孔三维特征参数，对所述孔三维特征参数进行优化。在一些实施例中，所述二维孔特征计算器包括孔特征分类器和孔特征提取器；所述二维孔特征计算器基于所述物体表面图像，确定孔二维特征参数，包括：所述孔特征分类器基于所述物体表面图像识别孔的轮廓，并按照轮廓的形状将孔划分至不同的类别；所述孔特征提取器基于孔的轮廓的类别，提取所述孔二维特征参数。在一些实施例中，所述三维孔特征计算器包括孔三维重建计算器和校验计算器；所述三维孔特征计算器基于所述孔二维特征参数，对孔进行三维重建，确定孔三维特征参数，包括：所述孔三维重建计算器基于所述孔二维特征参数，基于双目视觉原理对孔进行三维重建，获取孔三维特征参数；所述校验计算器利用空间几何形状特征，对所述孔三维特征参数进行校验，排除错误的孔三维特征参数。在一些实施例中，所述辅助功能计算器空间定位计算器、数据优选计算器、空间定位计算器和参数优化计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维检测系统，其特征在于，包括：/n图像采集传感器，用于采集物体表面图像；/n二维孔特征计算器，用于基于所述物体表面图像，确定孔二维特征参数；/n三维孔特征计算器，用于基于所述孔二维特征参数，对孔进行三维重建，确定孔三维特征参数；/n辅助功能计算器，用于基于所述孔二维特征参数和所述孔三维特征参数，对所述孔三维特征参数进行优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维检测系统，其特征在于，包括：
图像采集传感器，用于采集物体表面图像；
二维孔特征计算器，用于基于所述物体表面图像，确定孔二维特征参数；
三维孔特征计算器，用于基于所述孔二维特征参数，对孔进行三维重建，确定孔三维特征参数；
辅助功能计算器，用于基于所述孔二维特征参数和所述孔三维特征参数，对所述孔三维特征参数进行优化。


2.根据权利要求1所述的三维检测系统，其特征在于，所述图像采集传感器设有至少两个，所述图像采集传感器设置在同一手持式扫描设备中。


3.根据权利要求2所述的三维检测系统，其特征在于，所述手持式扫描设备还包括补光装置和图案投影器；
所述图案投影器用于将结构光图案投射至物体表面；
所述补光装置用于物体表面照明。


4.根据权利要求2所述的三维检测系统，其特征在于，所述图案投影器采用激光光源、LED光源或卤素灯光源；
所述补光装置为全局LED灯。


5.根据权利要求1所述的三维检测系统，其特征在于，所述二维孔特征计算器包括：
孔特征分类器，用于基于所述物体表面图像识别孔的轮廓，并按照轮廓的形状将孔划分至不同的类别；
孔特征提取器，用于基于孔的轮廓的类别，提取所述孔二维特征参数。


6.根据权利要求1所述的三维检测系统，其特征在于，所述三维孔特征计算器包括：
孔三维重建计算器，用于基于所述孔二维特征参数，基于双目视觉原理对孔进行三维重建，获取孔三维特征参数；
校验计算器，用于利用空间几何形状特征，对所述孔三维特征参数进行校验，排除错误的孔三维特征参数。


7.根据权利要求1所述的三维检测系统，其特征在于，所述辅助功能计算器包括：
参数优化计算器，用于基于最小化重投影误差优化方法，采用所述孔二维特征参数、所述孔三维特征参数和权重系数，对所述孔三维特征参数进行优化；
其中，所述权重系数代表不同所述物体表面图像对应的权重。


8.根据权利要求7所述的三维检测系统，其特征在于，所述辅助功能计算器还包括：
空间定位计算器，用于确定所述至少两个图像采集传感器的坐标系原点指向孔中心的向量与孔的法向之间的夹角，以及用于将不同时刻得到的孔的空间参数配准到同一坐标系下；所述空间参数包括所述孔二维特征参数和/或所述孔三维特征参数；
数据优选计算器，用于基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜华，董伟超，徐玉凯，
申请(专利权)人：北京天远三维科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11