镜面物体的三维测量方法、计算机可读存储介质技术

一种镜面物体的三维测量方法、计算机可读存储介质，该方法包括：对第一相机与第二相机的位置关系进行标定，对第一相机与投影装置、物体平面的位置关系进行标定；获取待测物体的第一光栅投影图像和第二光栅投影图像，分别对第一光栅投影图像和第二光栅投影图像进行解相位处理得到第一相位图和第二相位图；根据第一相机与第二相机的位置关系，以及第一相机与投影装置、物体平面的位置关系，对第一相位图和第二相位图进行基于法线约束的相位匹配获得匹配点对；利用匹配点对计算待测物体表面的三维坐标。该方法使用双目视觉提高了三维测量的精度和效率，克服了镜面物体形貌重建困难的问题，实现镜面物体的无损测量，且具有较好的适应能力。适应能力。适应能力。

【技术实现步骤摘要】
镜面物体的三维测量方法、计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及机器视觉
，具体涉及镜面物体的三维测量方法、计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]玻璃基板、汽车玻璃、硅片等作为镜面反射物体的代表，被广泛地应用在各种相关产品的生产制造中，成为人们日常生活中不可或缺的一部分。用于平板液晶显示器的玻璃基板、汽车玻璃、加工芯片的硅片等在生产制造中对其表面面形平整度及加工精度有着严格要求，导致其制作工艺要求较高使其成本不菲。在生产制造中，向玻璃基板、硅片等表面投射的光束，会像常见镜面一样发生镜面反射，这给加工制造过程中对其面形的无损测量带来了难度。毫无疑问，对玻璃基板、硅片、自由曲面的玻璃等镜面物体的面形测量方法进行研究可以指导其生产过程中的精加工及测量过程，对提高玻璃基板硅片、自由曲面的玻璃等生产加工效率与品质，降低其生产成本具有十分重要的意义。
[0003]人工检测法是在强光条件下，使用肉眼对镜面物体表面进行检测的方法。该方法效率较为低下，且对工人的健康有所损害，检测结果受个体的影响也较大。但考虑到质量检测流程的总体速度及精度，目前工业环境下的镜面物体质量检测仍受人工检测法支配，但这种情况亟待改变。
[0004]三维测量技术根据接触方式可以分为接触式测量与非接触式测量。三坐标测量机(CMM，Coordinate Measuring Machine) 为传统的接触式三维形貌测量技术。它可以测量复杂形貌的物体且测量精度高，但由于其需要接触物体表面，测量每一个点的高度时，会存在测量速度慢、耗时长与易磨损物体表面等问题。而光学三维测量技术如机器视觉检测法等因其具有非接触、高精度、测量速度快及全场测量等优点受到广泛的关注，成为学术研究领域的热点。随着数字信号处理技术及与其相关的器件设备的发展，三维测量技术将会向着高速、高精度发展，被测物体将向着大尺寸和微结构发展。机器视觉检测法是一种具有广阔前景的检测方法，它可以解决人工检测方法效率低下的问题，同时检测视野往往较大。然而将机器视觉检测法应用于镜面物体进行三维测量时，仍有一些问题有待解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种镜面物体的三维测量方法、计算机可读存储介质，旨在通过机器视觉的方法对镜面物体表面进行无损的三维测量。
[0006]根据第一方面，一种实施例中提供一种镜面物体的三维测量方法，应用于三维测量系统，所述三维测量系统包括投影装置、物体平面、第一相机和第二相机，所述三维测量方法包括：对所述第一相机与所述第二相机的位置关系进行标定；对所述第一相机与所述投影装置、所述物体平面的位置关系进行标定；获取待测物体的第一光栅投影图像和第二光栅投影图像，其中所述待测物体放置
于所述物体平面上，待测物体的第一光栅投影图像和第二光栅投影图像分别为所述第一相机和所述第二相机在所述投影装置对所述待测物体进行光栅投影时，对所述待测物体拍摄的图像；分别对所述第一光栅投影图像和所述第二光栅投影图像进行解相位处理，以得到第一相位图和第二相位图；根据所述第一相机与所述第二相机的位置关系，以及所述第一相机与所述投影装置、所述物体平面的位置关系，对所述第一相位图和所述第二相位图进行基于法线约束的相位匹配，以获得匹配点对；利用匹配点对计算所述待测物体表面的三维坐标。
[0007]根据第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上述第一方面所述的三维测量方法。
[0008]依据上述实施例的镜面物体的三维测量方法，首先对第一相机与第二相机的位置关系进行标定，对第一相机与投影装置、物体平面的位置关系进行标定，然后获取待测物体的第一光栅投影图像和第二光栅投影图像，分别对第一光栅投影图像和第二光栅投影图像进行解相位处理，以得到第一相位图和第二相位图，根据第一相机与第二相机的位置关系，以及第一相机与投影装置、物体平面的位置关系，对第一相位图和第二相位图进行基于法线约束的相位匹配获得匹配点对，最后利用匹配点对计算待测物体表面的三维坐标。该方法采用双目视觉的方式计算待测物体表面的三维坐标，有效地提高了三维测量的精度和效率，且系统结构较为简单；可以克服镜面物体形貌重建困难的问题，通过主动投射光栅投影，对光栅投影图像进行处理，获得镜面物体的表面形貌，实现物体表面形貌的无损测量；适应性强，能够对多种镜面物体进行三维测量，对复杂环境也有较好的适应能力。
附图说明
[0009]图1为一种实施例的三维测量系统的结构示意图；图2为针孔相机模型中各坐标系的变换示意图；图3为一种实施例中投影的光栅图像的示意图；图4为一种实施例的镜面物体的三维测量方法的流程图；图5为一种实施例中对第一相位图和第二相位图进行基于法线约束的相位匹配的流程图；图6为一种实施例中求解物体点处的法向量所涉及的方向向量的示意图；图7为双相机成像模型的示意图；图8为一种实施例的三维测量系统中位置关系的标定方法的流程图；图9为一种实施例的根据标定板图像对相机的内参和外参进行标定的流程图；图10为一种实施例的三维测量系统中各坐标系的几何关系示意图。
具体实施方式
[0010]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征
在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0011]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0012]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
[0013]在工业生产过程中，常需要对产品进行三维测量或者三维重建，通过机器视觉的方法，对物体进行投影，可利用物体的二维影像恢复物体的三维信息（例如面形、三维坐标等），实现无损的三维测量。在获得产品的三维信息后，可据此对产品的质量进行分析，对产品的生产加工过程具有指导意义。
[0014]具有高反光表面或透明的物体被广泛地应用于工业生产实践中，如汽车的光滑车身及其后视镜、光滑的玻璃表面以及用作平板显示的玻璃基板等，投射到这类物体表面的光束会发生镜面反射，因此常将它们称为镜面物体。镜面物体所产生的镜面反射给加工制造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镜面物体的三维测量方法，应用于三维测量系统，所述三维测量系统包括投影装置、物体平面、第一相机和第二相机，其特征在于，所述三维测量方法包括：对所述第一相机与所述第二相机的位置关系进行标定；对所述第一相机与所述投影装置、所述物体平面的位置关系进行标定；获取待测物体的第一光栅投影图像和第二光栅投影图像，其中所述待测物体放置于所述物体平面上，待测物体的第一光栅投影图像和第二光栅投影图像分别为所述第一相机和所述第二相机在所述投影装置对所述待测物体进行光栅投影时，对所述待测物体拍摄的图像；分别对所述第一光栅投影图像和所述第二光栅投影图像进行解相位处理，以得到第一相位图和第二相位图；根据所述第一相机与所述第二相机的位置关系，以及所述第一相机与所述投影装置、所述物体平面的位置关系，对所述第一相位图和所述第二相位图进行基于法线约束的相位匹配，以获得匹配点对；利用匹配点对计算所述待测物体表面的三维坐标。2.如权利要求1所述的三维测量方法，其特征在于，所述对所述第一相机与所述第二相机的位置关系进行标定，包括：对所述第一相机进行标定，获得所述第一相机相对于世界坐标系的变换关系；对所述第二相机进行标定，获得所述第二相机相对于世界坐标系的变换关系；根据所述第一相机相对于世界坐标系的变换关系和所述第二相机相对于世界坐标系的变换关系，获得所述第一相机和所述第二相机的位置关系。3.如权利要求2所述的三维测量方法，其特征在于，所述第一相机相对于世界坐标系的变换关系包括所述第一相机相对于世界坐标系的旋转矩阵R
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，所述第二相机相对于世界坐标系的变换关系包括所述第二相机相对于世界坐标系的旋转矩阵R
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；所述根据所述第一相机相对于世界坐标系的变换关系和所述第二相机相对于世界坐标系的变换关系，获得所述第一相机和所述第二相机的位置关系，包括：根据以下公式获得所述第二相机相对于所述第一相机的旋转矩阵R和平移向量T：。4.如权利要求1所述的三维测量方法，其特征在于，所述根据所述第一相机与所述第二相机的位置关系，以及所述第一相机与所述投影装置、所述物体平面的位置关系，对所述第一相位图和所述第二相位图进行基于法线约束的相位匹配，以获得匹配点对，包括：根据所述第一相机与所述第二相机的位置关系，以及所述第一相机与所述投影装置、所述物体平面的位置关系，获取所述第一相机以及所述第一相位图中各像素点对应的屏幕点和物体点、所述第二相机以及所述第二相位图中各像素点对应的屏幕点和物体点在同一坐标系下的坐标，其中屏幕点是所述投影装置的屏幕上的点，物体点是待测物体上反射屏幕点发出的光线并在相机中成像的点；根据所述第一相机与所述第一相位图中像素点对应的物体点和屏幕点的几何关系，计算所述第一相位图各像素点对应的物体点处的法向量；
根据所述第二相机与所述第二相位图中像素点对应的物体点和屏幕点的几何关系，计算所述第二相位图各像素点对应的物体点处的法向量；对于所述第一相位图上的待匹配像素点，根据所述第一相机与所述第二相机的位置关系在所述第二相位图上获得与其相对应的第二极线；依次将所述第二极线上的像素点作为候选像素点，计算候选像素点与所述待匹配像素点的相似度，以及候选像素点对应的物体点处的法向量与所述待匹配像素点对应的物体点处的法向量之间的误差，若相似度大于预设的相似度阈值且法向量之间的误差小于预设的误差阈值，则将该候选像素点作为所述待匹配像素点的匹配点，形成一匹配点对。5.如权利要求1至4中任一项所述的三维测量方法，其特征在于，所述第一相机与所述投影装置、所述物体平面的位置关系包括投影装置坐标系与第一相机坐标系的变换关系以及物体平面坐标系与第一相机坐标系的变换关系，所述对所述第一相机与所述投影装置、所述物体平面的位置关系进行标定，包括：获取所述物体平面的第一标定板图像，所述物体平面的第一标定板图像为所述第一相机在所述投影装置对所述物体平面投影标定板图案时，对所述物体平面拍摄的图像；将物体平面坐标系作为世界坐标系，根据所述第一标定板图像对所述第一相机的内参和外参进行标定，所述外参表示所述世界坐标系与所述第一相机坐标系的变换关系；对所述物体平面变换若干个姿态，获取每个姿态下所述物体平面的标定板图像或光栅投影图像，获取所述物体平面的标定板图像或光栅投影图像中的像素点在第一相机坐标系下的坐标，以及对应的虚拟空间坐标系中的点的坐标，其中所述虚拟空间坐标系是投影装置坐标系关于所述物体平面做镜像对称得到的空间坐标系；对于所述物体平面的每个姿态，根据该姿态下标定板图像或光栅投影图像中的像素点在第一相机坐标系下的坐标，以及对应的虚拟空间坐标系中的点的坐标，计算该姿态下虚拟空间坐标系与第一相机坐标系的变换关系；根据虚拟空间坐标系与投影装置坐标系的几何关系，利用所有姿态下虚拟空间坐标系与第一相机坐标系的变换关系，计算投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，黄淦，黄涛，吴创廷，郭家元，翟爱亭，
申请(专利权)人：深圳市华汉伟业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：