一种基于机器视觉的平面面积测量方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的平面面积测量方法、装置及系统，方法包括：获取相机参数下采集的待测物体图像；将待测物体图像进行畸变矫正预处理后截取包括有完整待测物体的矩形区域图像；根据像素坐标系与世界坐标系的转换关系将矩形区域图像的像素坐标转换为世界坐标；根据世界坐标计算出矩形区域图像面积；对矩形区域图像进行透视变换，得到待测物体的俯视图像；对俯视图像进行基于颜色的K

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的平面面积测量方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于机器视觉图像测量
，涉及一种基于机器视觉的平面面积测量方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]机器视觉具有易于获取大量信息，易于同产品数字化的设计信息、加工控制系统的反馈信息相融合，形成产品生产过程闭环控制的特点，被广泛应用于现代化的生产领域。随着机器视觉的发展，如何应用视觉测量技术实现的在线测量、非接触式测量引起广泛关注。

技术实现思路

[0003]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于机器视觉的平面面积测量方法、装置及系统，实现对平面物体非接触式面积测量。
[0004]本专利技术涉及机器视觉、图像处理相关技术，主要包括相机标定、图像去畸变、透视变换、图像分割等。针对三维重建还原世界坐标系而言，相机标定的准确性以及像素坐标系到世界坐标系转换公式的构建合理性尤为重要。
[0005]先搭建好测量系统，调整相机到合适的位置；然后采集棋盘格图像对单目相机进行标定，获取相机参数，并对平面物体图像进行畸变矫正等预处理；同时根据像素坐标系与世界坐标系的变换关系将图像坐标还原为世界坐标，在世界坐标系下进行平面面积计算；使用透视变换将图像投影为俯视图像，进行图像分割，计算出待测物体所占比例，完成对平面物体的面积测量。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]第一方面，提供一种基于机器视觉的平面面积测量方法，包括：
[0008]获取相机参数以及所述相机参数下采集的待测物体图像，其中所述待测物体图像采用单目相机拍摄，且所述相机参数为单目相机经过标定获得，包括相机的内参与畸变参数；
[0009]将待测物体图像进行畸变矫正预处理；
[0010]在预处理后的待测物体图像上截取包括有完整待测物体的矩形区域图像；
[0011]根据像素坐标系与世界坐标系的转换关系，结合相机参数，将矩形区域图像的像素坐标转换为世界坐标；根据世界坐标计算出矩形区域图像面积；
[0012]对所述矩形区域图像进行透视变换，得到待测物体的俯视图像；
[0013]对俯视图像进行基于颜色的K
‑
means聚类，将俯视图像分割为待测物体区域、背景区域以及透视变换后的空白区域；计算得到待测物体区域所占比例；
[0014]根据待测物体区域所占比例以及矩形区域图像面积计算得到待测物体面积。
[0015]在一些实施例中，获取相机参数，包括：将测量系统进行安装，调节单目相机的焦距，使相机能够清晰地拍摄到待测物体，然后进行标定板图像采集，传输到计算机上进行单
目相机标定，获取相机参数。
[0016]进一步地，单目相机标定的方法包括：
[0017]步骤1.1：固定好单目相机，调节单目相机的焦距，在工作台上放置棋盘格；改变棋盘格的摆放位置，使用单目相机进行多次拍摄，得到多张图像；
[0018]步骤1.2：在MATLAB进行相机标定：使用函数detectCheckerboardPoints()检测识别各图像中棋盘格的角点坐标，所有图像的角点坐标储存在变量i_Points中；通过函数generateCheckerboardPoints()在以棋盘图案为中心的坐标系中生成棋盘格角点的世界坐标，并且使左上角坐标为(0,0,0)，同样将所有图像的世界坐标储存在变量w_Points中；最后在标定函数estimateCameraParameters()中输入变量i_Points和w_Points，标定得到单目相机参数变量camera_Params。
[0019]在一些实施例中，畸变矫正预处理包括：
[0020]过MATLAB中的函数undistortImage()函数进行；输入相机内参以及畸变参数，对初始图像边缘进行校正，输出畸变校正后的图像。
[0021]在一些实施例中，对所述矩形区域图像进行透视变换，得到待测物体的俯视图像，包括：
[0022]待测物体的俯视图像与矩形区域图像之间有4个基本坐标对，求解出映射矩阵，待测物体的俯视图像与矩形区域图像中一对像素坐标的投影变换关系为：
[0023][0024]其中投影变换矩阵含有8个未知量：a0，a1……
a7；(M0，N0)为矩形区域图像中像素坐标点；(M
′0，N
′0)为俯视图像中像素坐标点；通过4组坐标对构建如下方程：
[0025][0026]其中，(M0，N0)、(M1，N1)、(M2，N2)、(M3，N3)为矩形区域图像中4组像素坐标点；(M
′0，N
′0)、(M
′1，N
′1)、(M
′2，N
′2)、(M
′3，N
′3)为俯视图像中对应的4组像素坐标点。
[0027]在一些实施例中，根据像素坐标系与世界坐标系的转换关系，结合相机参数，将矩形区域图像的像素坐标转换为世界坐标，包括：
[0028]一个点从像素坐标系到世界坐标系的转换公式为：
[0029][0030]其中，世界坐标系下的点为(X
W
,Y
W
,Z
W
)，像素坐标系下的点为(u,v)，Z
C
为目标点相
机坐标系在Z轴方向上的投影值，K为相机的内参矩阵，R为旋转矩阵，T为平移向量。
[0031]在一些实施例中，根据世界坐标计算出矩形区域图像面积，包括：
[0032]其中S
C
为矩形区域图像面积，矩形区域图像4个顶点世界坐标分别记为(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)。
[0033]在一些实施例中，对俯视图像进行基于颜色的K
‑
means聚类，包括：基于彩色图像的RGB三通道为x
‑
y
‑
z轴建立空间直角坐标系，将图像中相同颜色的类聚合为一类，实现基于颜色的图像分割。
[0034]在一些实施例中，根据待测物体区域所占比例以及矩形区域图像面积计算得到待测物体面积，包括：
[0035]S＝R*S
C
[0036]其中S为待测物体面积，R为待测物体区域所占比例，S
C
为矩形区域图像面积。
[0037]第二方面，本专利技术提供了一种基于机器视觉的平面面积测量装置，包括处理器及存储介质；
[0038]所述存储介质用于存储指令；
[0039]所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面所述方法的步骤。
[0040]第三方面，本专利技术提供了一种基于机器视觉的平面面积测量系统，包括单目相机和第二方面所述的基于机器视觉的平面面积测量装置；
[0041]所述单目相机被配置为：采集图像，并上传给所述的基于机器视觉的平面面积测量装置。
[0042]有益效果：本专利技术提供的基于机器视觉的平面面积测量方法、装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的平面面积测量方法，其特征在于，包括：获取相机参数以及所述相机参数下采集的待测物体图像，其中所述待测物体图像采用单目相机拍摄，且所述相机参数为单目相机经过标定获得，包括相机的内参与畸变参数；将待测物体图像进行畸变矫正预处理；在预处理后的待测物体图像上截取包括有完整待测物体的矩形区域图像；根据像素坐标系与世界坐标系的转换关系，结合相机参数，将矩形区域图像的像素坐标转换为世界坐标；根据世界坐标计算出矩形区域图像面积；对所述矩形区域图像进行透视变换，得到待测物体的俯视图像；对俯视图像进行基于颜色的K
‑
means聚类，将俯视图像分割为待测物体区域、背景区域以及透视变换后的空白区域；计算得到待测物体区域所占比例；根据待测物体区域所占比例以及矩形区域图像面积计算得到待测物体面积。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的平面面积测量方法，其特征在于，获取相机参数，包括：将测量系统进行安装，调节单目相机的焦距，使相机能够清晰地拍摄到待测物体，然后进行标定板图像采集，传输到计算机上进行单目相机标定，获取相机参数。3.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的平面面积测量方法，其特征在于，单目相机标定的方法包括：步骤1.1：固定好单目相机，调节单目相机的焦距，在工作台上放置棋盘格；改变棋盘格的摆放位置，使用单目相机进行多次拍摄，得到多张图像；步骤1.2：在MATLAB进行相机标定：使用函数detectCheckerboardPoints()检测识别各图像中棋盘格的角点坐标，所有图像的角点坐标储存在变量i_Points中；通过函数generateCheckerboardPoints()在以棋盘图案为中心的坐标系中生成棋盘格角点的世界坐标，并且使左上角坐标为(0,0,0)，同样将所有图像的世界坐标储存在变量w_Points中；最后在标定函数estimateCameraParameters()中输入变量i_Points和w_Points，标定得到单目相机参数变量camera_Params。4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的平面面积测量方法，其特征在于，畸变矫正预处理包括：过MATLAB中的函数undistortImage()函数进行；输入相机内参以及畸变参数，对初始图像边缘进行校正，输出畸变校正后的图像。5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的平面面积测量方法，其特征在于，对所述矩形区域图像进行透视变换，得到待测物体的俯视图像，包括：待测物体的俯视图像与矩形区域图像之间有4个基本坐标对，求解出映射矩阵，待测物体的俯视图像与矩形区域图像中一对像素坐标的投影变换关系为：其中投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆森，赵来定，张更新，洪涛，
申请(专利权)人：南京御通信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：