一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法,方法包括：获取待测耐火砖的点云数据；将点云数据进行滤波和筛选，得到处理后的上表面点云；对上表面点云使用PCA进行数据降维处理，将三维点云转化为二维点云；根据二维点云计算耐火砖的长度和宽度；对二维点云进行透视投影并转换为灰度图像，在灰度图像中进行角点检测得到角点数量；根据角点数量、图像角点与二维点云的投影关系以及二维点云与三维点云在主成分分析方法中的对应关系找到图像角点对应的耐火砖的三维顶点，根据三维顶点到基准平面的距离计算耐火砖的厚度；输出耐火砖的长度、宽度和厚度。该方法能准确、快速检测出耐火砖的三维参数。检测出耐火砖的三维参数。检测出耐火砖的三维参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法


[0001]本专利技术涉及机器视觉
，具体涉及一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法。

技术介绍

[0002]随着工业、建筑业等相关行业的不断发展，我国已经成为世界最大的耐火材料生产国、消费国和出口国，在国际耐火材料领域占有重要的地位。耐火砖是具有一定形状和尺寸的耐火材料，用耐火黏土等耐火原料烧制而成，能在高温下经受各种机械作用和物理化学变化，广泛应用于冶金、化工、石油、发电等工业领域。高温的使用环境对耐火砖的质量提出了特殊的要求，其尺寸误差、表面缺陷以及内部结构等都必须符合相应的质量标准。然而，长期以来，我国多数耐火砖生产厂家大都是利用卷尺等简单的工具通过手工操作的方法对耐火砖进行检测，检测效率低下，精测精度不高，易受主观影响，并且很难建立统一的评判标准。近年来，随着机器视觉技术的快速发展，将机器视觉应用于耐火砖表面质量检测的方法逐渐增多，然而，这些方法大多集中于对二维图像进行特征提取与分类，忽略了对耐火砖的长宽高、平整度、缺角等三维参数、缺陷的测量与检测。但是，如果直接采用耐火砖的三维点云数据并进行处理又存在着计算量过大、效率低、检测系统造价昂贵等问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供的一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法，该方法能准确、快速检测出耐火砖的三维参数。
[0004]本专利技术提供的一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法，包括：
[0005]获取待测耐火砖的点云数据；
[0006]将所述点云数据根据高度进行筛选，去除待测耐火砖外的点云数据，并对待测耐火砖表面的点云数据进行滤波，得到处理后的上表面点云；
[0007]对所述上表面点云使用主成分分析法进行数据降维处理，将三维点云转化为二维点云；
[0008]根据所述二维点云计算待测耐火砖的长度和宽度；
[0009]对二维点云进行透视投影并转换为灰度图像，在灰度图像中进行角点检测得到角点数量；
[0010]根据角点数量、图像角点与二维点云的投影关系以及二维点云与三维点云在主成分分析方法中的对应关系找到图像角点对应的耐火砖的三维顶点，根据所述三维顶点到基准平面的距离计算待测耐火砖的厚度；
[0011]输出待测耐火砖的长度、宽度和厚度。
[0012]可选地，方法还包括：判断所述角点数量是否大于4；
[0013]若大于4，则判断待测耐火砖有缺角；
[0014]若小于等于4，则判断待测耐火砖无缺角。
[0015]可选地，方法还包括：根据所述三维顶点，拟合三维平面方程，计算待测耐火砖上表面点云中所有三维点到拟合平面的距离，对得到的所有距离计算均值和标准差，得到待测耐火砖的平整度。
[0016]可选地，将所述点云数据根据高度进行筛选的具体方法包括：
[0017]按照设定高度范围筛选出点；
[0018]对筛选出的点进行连通域处理；
[0019]保留相同连通域的点云，去除干扰点云。
[0020]可选地，对所述上表面点云使用主成分分析法进行数据降维处理的具体方法包括：使坐标系XOY面与砖面重合，且坐标系原点与砖面中心重合，保留三维数据中的两个主要成分。
[0021]可选地，所述根据所述二维点云计算待测耐火砖的长度和宽度的具体方法包括：
[0022]从二维点云中找出横坐标的最大值和横坐标的最小值；
[0023]从二维点云中找出纵坐标的最大值和纵坐标的最小值；
[0024]将横坐标的最大值减去横坐标的最小值得到待测耐火砖的长度；
[0025]将纵坐标的最大值减去纵坐标的最小值得到待测耐火砖的宽度。
[0026]可选地，所述获取待测耐火砖的点云数据具体方法包括：
[0027]将待测耐火砖放置在参考面上，将3D智能传感器置于参考面上方预设高度，使用3D智能传感器采集待测耐火砖的点云数据。
[0028]可选地，所述预设高度为765mm。
[0029]可选地，所述设定高度范围为距离3D传感器650mm
‑
725m。
[0030]本专利技术的有益效果：
[0031]本专利技术实施例提供的一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法，将耐火砖三维点云数据进行降维，去除三维数据中的冗余信息，使数据处理过程更加简单有效，提升数据处理速度，该方法能自动检测耐火砖的三维参数，测量精度高、检测速度快。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0033]图1示出了本专利技术第一实施例所提供的一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法的流程示意图。
[0034]图2示出了本专利技术实施例中采集点云数据的设备结构示意图。
[0035]图3是本专利技术实施例中经过滤波处理后的耐火砖上表面点云示意图。
[0036]图4是本专利技术实施例中耐火砖上表面点云数据降维后的二维点云图。
[0037]图5是本专利技术实施例中利用灰度图像进行角点检测的示意图。
[0038]图中标识：1:3D智能传感器，2:待测耐火砖，3:实验桌。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0041]还应当理解，在此本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0042]还应当进一步理解，本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0043]如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0044]需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主成分分析的耐火砖三维测量方法，其特征在于，包括：获取待测耐火砖的点云数据；将所述点云数据根据高度进行筛选，去除待测耐火砖外的点云数据，并对待测耐火砖表面的点云数据进行滤波，得到处理后的上表面点云；对所述上表面点云使用主成分分析法进行数据降维处理，将三维点云转化为二维点云；根据所述二维点云计算待测耐火砖的长度和宽度；对二维点云进行透视投影并转换为灰度图像，在灰度图像中进行角点检测得到角点数量；根据角点数量、图像角点与二维点云的投影关系以及二维点云与三维点云在主成分分析方法中的对应关系找到图像角点对应的耐火砖的三维顶点，根据所述三维顶点到基准平面的距离计算待测耐火砖的厚度；输出待测耐火砖的长度、宽度和厚度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：判断所述角点数量是否大于4；若大于4，则判断待测耐火砖有缺角；若小于等于4，则判断待测耐火砖无缺角。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述三维顶点，拟合三维平面方程，计算待测耐火砖上表面点云中所有三维点到拟合平面的距离，对得到的所有距离计算均值和标准差，得到待测耐火砖的平整度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述点云...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，白勇，张东岳，陈海永，刘卫朋，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：