一种克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法及系统，针对金属表面存在的局部高反光区域影响检测问题，通过设计调整散斑图案，实现散斑投影精确三维重建。本发明专利技术首先设计散斑图像的参数(包括大小和密度)，再利用双目立体视觉原理，采用改进的NCC算法实现立体匹配最终获得被测继电器的三维轮廓信息，然后利用随机采样一致性(RANSAC)结合欧式聚类算法分割点云，得到继电器磁路落差平面，并进行评测，克服了存在反光闪亮点情况下继电器的检测难题，结果准确可靠。结果准确可靠。结果准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及三维重建领域，特别指一种克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法及系统。

技术介绍

[0002]传统的投影三维精密测量系统对被测物体表面的光学特性一定的要求，由于强烈的镜面反射容易引起相机捕获的像素饱和，故要求被测物体表面具有足够的漫反射且不能存在大面积的镜面反射。然而，在实际的测量过程中，被测物体的材质不同，其表面存在着不同的反射特性，投影到物体的编码图案的效果因此受到了不同程度的影响。其中，由于物体表面的高反射率导致图像像素饱和最终导致物体三维重建结果的失败。因此研究高反射率物体的表面三维形貌测量，进一步提高现有结构光三维扫描技术具有重要的研究意义和应用价值。
[0003]此外，三维数字散斑测量方法目前已经发展成为一种对测量环境要求较低、灵敏度较高、数据处理自动化、适用范围广的非接触性、全场范围的有效测量方法，成为现代光测中的一个重要组成部分；基于散斑的结构光只需单张图像即可实现三维重建，也是重要的动态测量手段之一。

技术实现思路

[0004]针对上述提到的存在金属反光引起图像饱和导致数据丢失等问题，本专利技术提出一种克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法及系统。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一方面，一种克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法，包括如下步骤：
[0007]S101，搭建包括左相机、右相机和投影仪的双目结构光视觉系统，通过相机标定得到左右相机的内参和外参；
[0008]S102，生成编码大小和密度可调节且随机分布的数字散斑图像；
[0009]S103，将所述散斑图像通过所述投影仪投影到被测继电器表面，通过所述左相机和右相机对投影后的物体进行拍摄，得到左右两图像，对左右两图像进行极线矫正，并对矫正后的左右两图像采用改进的NCC算法进行匹配，得到视差图像；
[0010]S104，利用标定得到的相机内外参数及视差图像获取深度信息，计算被测继电器的三维数据，进行三维点云重建；
[0011]S105，对继电器磁路落差进行评测，对所述三维点云进行去噪滤波，通过点云分割得到磁路两平面数据，利用求距离公式取得磁路落差结果。
[0012]优选的，S101中，通过相机标定得到左右相机的内参和外参的方法，包括：采用张正友标定法利用棋盘格标志物得到左右两个相机的内外参数。
[0013]优选的，S102中，生成数字散斑图像的方法，包括：
[0014]S1021，设置一张大小为h
×
w的图像，设置方形散斑大小为d
×
d；
[0015]S1022，由所述的散斑设计条件可以得到散斑点数量为u
×
v，
[0016][0017]其中，floor表示取整函数；u表示图像中横向的散斑数量；v表示图像中纵向的散斑数量；
[0018]S1023，构造一个u
×
v大小的二维数组index，同时为每个3d
×
3d大小的九宫格窗口设置对应序号为0
‑
8；遍历该二维数组，通过rand随机函数获得每个窗口的随机序号值，根据散斑的设计条件，将符合判断条件的窗口序号值存入二维数组index中；如下：
[0019]index[i][j]＝rand(9)
[0020][0021]S1024，将该二维数组中的序号值转换为散斑点坐标(x,y)，转换公式如下：
[0022][0023]其中，散斑的横坐标x为当前序号值除3取整，纵坐标y为将当前序号值除3取余；
[0024]S1025，根据设置的散斑大小和散斑点坐标，生成最终的散斑图像。
[0025]优选的，S103中，将所述散斑图像通过所述投影仪投影到被测继电器表面，通过所述左相机和右相机对投影后的物体进行拍摄，得到左右两图像，对左右两图像进行极线矫正，具体包括：
[0026]将所述散斑图像通过所述投影仪投影到被测继电器表面，通过所述左相机和右相机对投影后的物体进行拍摄，得到左右两初始图像，对初始图像进行极线矫正，经过矫正的左右图像对应极线是水平对齐的，与图像的行水平保持一致，此时图像匹配可以转化为二维仅沿着图像行方向展开，最终得到矫正后的水平对齐的左右图像。
[0027]优选的，S103中，对矫正后的左右两图像采用改进的NCC算法进行匹配，得到视差图像，具体包括：
[0028]对于左右经矫正后待匹配图像其强度表示为I
L
(x,y)和I
R
(x,y),获取一非负视差值d0使得下列式子成立：
[0029]I
L
(x，y)＝I
R
(x，y
‑
d0)
[0030]其中(x，y)表示为像素坐标，d0表示对应像素匹配的视差值；
[0031]为了在基于局部窗口的框架下解决图像匹配问题，设一大小为N1×
N2的左图像窗口，其中心位于坐标(x，y)处，定义该窗口对应视差值为d时的右图像窗口的归一化互相关系数NCC的计算公式为：
[0032][0033]其中：
[0034]d∈(0，...，D)
[0035]I
R
＝I
R
(x+j，y+j)
[0036][0037][0038]I
L
＝I
L
(x+j，y+j+d)
[0039][0040]n∈(1，...，N1)
[0041]m∈(1，...，N2)
[0042]归一化互相关系数NCC的表达式为NCC(d)，其中d表示视差值，其范围为d∈(0，...，D)，D为最大视差范围；I
R
为右图像窗口中位置为(x+j，y+j)的像素值，其范围为(x，y)为窗口中心像素坐标；代表右图像窗口中所有像素的平均值；I
L
为左图像窗口中位置为(x+j，y+j+d)的像素值，其范围为且d∈(0，...，D)，代表左窗口中所有像素的平均值；则d0为一整数视差，其对应的最大相关系数求解可表示为下列形式：
[0043][0044]为了获得更高精度的亚像素视差，进而引入了一连续空间参数τ，则亚像素视差值可表示为：
[0045]d
′
(x，y)＝d0(x，y)
‑
τ(x，y)
[0046]其中，d
′
(x，y)表示坐标为(x，y)处的亚像素视差值；
[0047]连续空间参数τ的表达式为：
[0048][0049][0050]其中,参数为视差d0处的相关系数，表示当视差为d0‑
1处的相关系数；参数λ表示当视差分别为d0和d0‑
1处相邻窗口的范数比；r表示两窗口相关系数的比值；其中，表示当视差为d0时的右图像窗口中各个像素的值，表示当视差为d0‑
1时该窗口中各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S101，搭建包括左相机、右相机和投影仪的双目结构光视觉系统，通过相机标定得到左右相机的内参和外参；S102，生成编码大小和密度可调节且随机分布的数字散斑图像；S103，将所述散斑图像通过所述投影仪投影到被测继电器表面，通过所述左相机和右相机对投影后的物体进行拍摄，得到左右两图像，对左右两图像进行极线矫正，并对矫正后的左右两图像采用改进的NCC算法进行匹配，得到视差图像；S104，利用标定得到的相机内外参数及视差图像获取深度信息，计算被测继电器的三维数据，进行三维点云重建；S105，对继电器磁路落差进行评测，对所述三维点云进行去噪滤波，通过点云分割得到磁路两平面数据，利用求距离公式取得磁路落差结果。2.如权利要求1所述的克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法，其特征在于，S101中，通过相机标定得到左右相机的内参和外参的方法，包括：采用张正友标定法利用棋盘格标志物得到左右两个相机的内外参数。3.如权利要求1所述的克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法，其特征在于，S102中，生成数字散斑图像的方法，包括：S1021，设置一张大小为h
×
w的图像，设置方形散斑大小为d
×
d；S1022，由所述的散斑设计条件可以得到散斑点数量为u
×
v，其中，floor表示取整函数；u表示图像中横向的散斑数量；v表示图像中纵向的散斑数量；S1023，构造一个u
×
v大小的二维数组index，同时为每个3d
×
3d大小的九宫格窗口设置对应序号为0
‑
8；遍历该二维数组，通过rand随机函数获得每个窗口的随机序号值，根据散斑的设计条件，将符合判断条件的窗口序号值存入二维数组index中；如下：index[i][j]＝rand(9)S1024，将该二维数组中的序号值转换为散斑点坐标(x，y)，转换公式如下：其中，散斑的横坐标x为当前序号值除3取整，纵坐标y为将当前序号值除3取余；S1025，根据设置的散斑大小和散斑点坐标，生成最终的散斑图像。4.如权利要求1所述的克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法，其特征在于，S103中，将所述散斑图像通过所述投影仪投影到被测继电器表面，通过所述左相机和右相机对投影后的物体进行拍摄，得到左右两图像，对左右两图像进行极线矫正，具体包括：将所述散斑图像通过所述投影仪投影到被测继电器表面，通过所述左相机和右相机对投影后的物体进行拍摄，得到左右两初始图像，对初始图像进行极线矫正，经过矫正的左右图像对应极线是水平对齐的，与图像的行水平保持一致，此时图像匹配可以转化为二维仅
沿着图像行方向展开，最终得到矫正后的水平对齐的左右图像。5.如权利要求1所述的克服继电器金属表面反光的磁路落差检测方法，其特征在于，S103中，对矫正后的左右两图像采用改进的NCC算法进行匹配，得到视差图像，具体包括：对于左右经矫正后待匹配图像其强度表示为I
L
(x，y)和I
R
(x，y)，获取一非负视差值d0使得下列式子成立：I
L
(x，y)＝I
R
(x，y
‑
d0)其中(x，y)表示为像素坐标，d0表示对应像素匹配的视差值；为了在基于局部窗口的框架下解决图像匹配问题，设一大小为N1×
N2的左图像窗口，其中心位于坐标(x，y)处，定义该窗口对应视差值为d时的右图像窗口的归一化互相关系数NCC的计算公式为：其中：d∈(0，...，D)I
R
＝I
R
(x+j，y+j)(x+j，y+j)I
L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林少宁，林俊义，张炳威，江开勇，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：