一种基于多目相机线激光扫描的弯管测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于多目相机线激光扫描的弯管测量方法，自动地对弯管进行数字化三维几何参数判读。方法包括：使用线激光投影设备投射出线激光，通过滑轨移动投影设备使线激光推扫式遍历待测弯管表面；同时，多目相机从不同的角度对弯管进行同步拍照，从多目图像提取线激光中心线像素并进行三维重建，获得弯管的高精度三维点云，从三维点云坐标提取出弯管的测量参数。测量参数。测量参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目相机线激光扫描的弯管测量方法


[0001]本专利技术涉及机器视觉工业测量领域，具体提供一种基于多目相机线激光扫描弯管测量方法。

技术介绍

[0002]在现代航空航天领域中，高精度弯管是航天发动机等重要设备的关键组件，其装配的可靠性在产品生命周期中非常重要，并且会受到加工质量的影响。要生产出高精度的弯管，首先要有高精度的弯管检测设备，得到弯管的高精度参数后，再用于弯管机的调机校准和管型的注册等。
[0003]关于弯管测量的方法可以分为两大类：接触式方法和非接触式方法。接触式测量方法是一种常用手段，其使用机械模具或三坐标测量机(CMM)进行弯管测量。基于机械模具的方法要求根据管材的形状制造模具，模具的加工精度要高。因此，该方法的通用性较低，只能根据管材与模具的配合程度对管材进行“高”或“低”的精度分类，并不能提供低精度弯管的几何误差。在基于三坐标测量机的方法中，操作员在每条直线和弧段表面的采样点上控制一个探针。然后根据采样点进行进行弯管的模型拟合，但这种方法的效率低且消耗人力大。
[0004]非接触式方法是基于视觉的方法，基于视觉的方法采用的是计算机视觉的技术，对弯管部件表面进行拍照，获得数字图像。然后，在计算机上进行数字图像的像素值分析，从而得到弯管的三维点信息，进一步重建出三维点云。然而，现有基于视觉的测量方法，重建出的三维模型存在效率低，精度低的问题。
[0005]综上，接触式测量方法精度不稳定，同一个弯管，不同人员测量结果有差异，且这种方法对人工的经验要求高。而非接触式测量方法中，扫描仪和现有的视觉测量方法存在精度低，效率低的问题。因而，需要设计一种快速准确生成弯管模型，进而测量弯管参数的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种基于多目相机线激光扫描的方法重建弯管的测量参数，解决了相关技术中测量精度低和效率低的问题。
[0007]该方法能够快速通过线激光扫描仪采集的图像提取弯管的三维点云，从三维点云中获得弯管的几何参数。
[0008]与现有技术相比，本专利技术设计了线激光三维扫描步骤对待测物体进行三维结构测量，获得数字化三维点云，同时获得弯管的几何参数。
[0009]本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一种基于多目相机线激光扫描的方法，包括：
[0011](1)采用专门的标定板，对多目相机进行标定，多目相机采集弯管的图像信息；
[0012](2)使用线激光扫描方法从弯管图像中提取线激光中心线的像素坐标，两两图像
之间进行中心线像素匹配；
[0013](3)根据激光线的中心线的像素坐标，使用三角测量原理，计算三维点坐标；
[0014](4)根据三维点信息，生成三维点云，由三维点云的坐标值计算弯管几何参数。
[0015]进一步地，构建使用线激光投影仪和工业相机组成的三维测量设备，所述设备进行三维表面模型重建，所述设备的硬件包含投影仪设备和成像相机；
[0016]进一步地，使用标定板，对相机的相对位置姿态和图像内参数进行标定，获得标定参数；内参数包括每个相机的图像的主点坐标、主距长度和畸变参数，相对位置姿态参数包括每两对相机之间的基线距离值，相机的空间坐标系的相对位置和相对旋转角度参数；
[0017]所述的标定板是机器视觉领域的规则标定板，通过相机拍摄带有固定间距图案阵列平板、经过标定算法的计算，可以得出相机的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果。通过非线性标定算法处理标定板的图像，可以计算相机的内参数和相对位置姿态参数。本案采用相机从不同角度和位置拍摄标定板图像进行标定，使用非线性标定算法计算标定参数；
[0018]进一步地，投影仪投射出一条高亮线激光，照射到被测弯管表面，被测弯管表面由于线激光的照射，会形成高亮的激光线图像，激光线在图像上的变化与被测弯管的表面形状变化在空间形状上是一致的；
[0019]进一步地，通过滑轨移动投影仪设备使线激光投影仪匀速运动，使线激光推扫扫描整个物体，线激光投影仪每移动一段固定距离，相机就拍摄一张照片。滑轨移动投影仪设备是匀速运动的，相机等时间间隔拍照实现。多目相机等时间间隔同步拍照，记录下每一次弯管表面调制线激光的图像，最后得到一组被调制的线激光图像；
[0020]进一步地，根据不同相机得到的线激光图像，对线激光图像进行线激光中心线提取，使用高斯拟合曲线法提取线激光中心线，利用一行像素上线激光的像素值服从于高斯分布的特点，将像素亮度值拟合为高斯曲线，找到最大值所在的位置并记录其坐标，该坐标就是线激光条纹的中心位置，然后，两两图像之间进行中心线像素匹配；
[0021]进一步地，根据相机的标定参数和线激光中心线的像素坐标值，建立三角测量空间关系，根据三角测量原理，计算图像像素对应的物理世界中的弯管的三维点云坐标。从弯管的三维点云坐标数值上，可以实现弯管参数的测量。
[0022]其中，计算弯管三维点云坐标的具体步骤为：
[0023]利用标定获得的相机的相对位置姿态，对多目图像进行极线校正。两两图像做完极线校正后，一对图像上的线激光中心线的像素在两幅图像上的坐标记为(x
l
，y
l
)和(x
r
，y
r
)，对应同一物理点的相匹配的两幅线激光中心线的像素只在行方向有像素坐标差值，匹配像素的列方向的像素坐标相同。在极线校正后的图像上，每一个匹配像素点所对应的距离相机的距离值计算公式为：
[0024][0025][0026]其中，f是标定得到相机的主距长度值，d＝x
l
‑
x
r
表示视差，x
l
和x
r
分别是两幅图像的像素点的列坐标，B是两幅图像的光学连线的基线长度值，B是标定结果的相对位置姿态
参数，Z是匹配像素的目标点距离相机的z轴方向的距离值。则观测的三维点的X坐标和Y坐标为：
[0027][0028][0029]其中，是图像的主点坐标，是标定结果的内参数。
[0030]从两个相机拍摄的一对图像的一对线激光中心线上，匹配得到的一对像素坐标，可以计算出一个三维点坐标(X，Y，Z)。沿着线激光中心线逐点匹配计算，能得到一条线激光上的三维点。通过移动线激光投影仪，能够得到多条线激光，逐次计算得到覆盖弯管表面的三维点云。
[0031]三维点云精确的反映了弯管的三维几何形态，从三维点云坐标直接判读出弯管的几何测量参数。
[0032]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术利用基于多目相机线激光扫描的方法快速准确地计算出弯管的三维模型和几何尺寸，提高了弯管参数计算的精度和效率，为弯管机的调机校准、管型的注册与逆向提供辅助的技术手段。
附图说明
[0033]图1本专利技术的方法数据采集和处理流程图；
[0034]图2线激光扫描设备组成；
[0035]图3线激光扫描弯管图像；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多目相机线激光扫描的弯管测量方法，其特征在于，结合了线激光扫描和多目相机拍摄的弯管测量方法，包括步骤：(1)构建使用线激光投影仪和工业相机组成的弯管测量装置，所述装置的硬件设备包含线激光投影设备和多目相机；(2)标定相机的内参数和相对位置姿态参数，对标定板进行多角度和多位置拍照，使用非线性标定算法对相机的内参数和相对位置姿态进行计算，获得标定参数；(3)线激光投影仪投射出一条高亮的线激光，照射到被测物体表面，被测物体表面由于线激光的照射，会形成高亮的激光线图像，激光线在图像上的变化与被测弯管的表面形状变化在空间形状上是一致的；(4)通过滑轨移动投影仪设备使线激光投影仪匀速运动，从而线激光推扫整个弯管，同时，投影仪每移动一段固定距离，相机进行一次拍照，记录下每一次物体表面调制线激光的图像，最后得到一组被调制的线激光图像；(5)根据线激光中心提取算法，提取每一幅线激光图像的线激光中心线的像素，得到线激光中心线的像素坐标，两两图像之间进行中心线像素匹配；(6)根据相机的标定参数和线激光中心线的像素坐标，进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明磊，李正，彭澍，李佳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：