一种主动式几何参数制造技术

本发明专利技术提供了一种主动式几何参数

【技术实现步骤摘要】
一种主动式几何参数3D测量方法


[0001]本专利技术属于摄影测量
，涉及一种双目立体视觉测量，特别是一种主动式几何参数
3D
测量方法
。

技术介绍

[0002]光学三维测量方法大体可分为被动测量法与主动测量法
。
被动测量法主要有近景摄影测量
、
双目立体视觉等，但其对于弱纹理或者无纹理的物体测量效果较差，易于受环境光的干扰，测量误差大，不适用工业产品制造的普遍应用
。
[0003]主动式测量是采用光源设备向物体表面主动投射含有特定编码信息的光束，借助光束特征信息对被测物体进行三维测量
。
由于该方法是主动向物体投射光束，人为给物体表面添加新的特征，有利于实现稠密点云重建，特别是对于缺乏纹理特征
、
表面光滑的物体，投射光束的特征信息可以解决物体缺乏纹理特征信息的问题，有利于对物体进行稠密三维测量
。
[0004]但现有技术中，算法存在匹配精度差，或计算速度慢，且均在进行纹理特征较弱的工件测量时重建密度低
、
效果差
。
对主动式测量的具体测量步骤及计算过程还有待完善，以优化目前测量误差大
、
失真度较高
、
效率低等缺陷
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种依次构建双目成像模型
、
编解码拟合深度信息
、
点云处理获取精准参数的一种主动式几何参数
3D
测量方法
。
[0006]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种主动式几何参数
3D
测量方法，包括位于中间的一台投影仪，所述投影仪两侧呈对称设置左相机
、
右相机，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]S1、
构建双目相机成像模型：
[0008]将组成
3D
视觉系统的两台相同参数的左相机和右相机，以设定间距分别固定在同一水平基线上，并保持左相机和右相机的光轴互相平行，构建数学模型图，并从图中获知：
[0009]B
L
+B
R
＝
B
[0010]其中，
B
是基线的长度，
BL、BR
分别是左基线
、
右基线的长度；
[0011]由三角形相似原理，对左相机和右相机有：
[0012][0013][0014]其中，
f
是左相机或右相机的焦距；
CL、CR
分别是左相机
、
右相机像平面的主像点，
XCL、XCR
分别是
CL、CR
在左相机
、
右相机图像坐标系下的横坐标；
P
是空间中的一点，
Z
是点
P
的深度信息，
PL、PR
分别是点
P
在左相机
、
右相机中的成像点，
XL、XR
分别是点
P
的两个成像点
在左相机
、
右相机图像坐标系下的横坐标；
[0015]由以上二式可得：
[0016][0017]S2、
主动光匹配测量：
[0018]1)、
由投影仪向被测物体投射结构光图案；
[0019]2)、
对被测物体进行编码：
[0020]采用四步相移法对被测物体进行编码，其光照强度数学表达式为：
[0021][0022]式中，
I
i
(x,y)
为第
i
幅条纹图的灰度值，
I'(x,y)
为条纹图的平均灰度，
I”(x,y)
为条纹图的灰度调制，
φ
(x,y)
为待求解的相位值；联立上式中的四个方程，可得：
[0023][0024]对上式子取反正切函数，可求得相位主值为：
[0025][0026]求解得到的相位主值
φ
(x,y)
分布于0～2π
之间；
[0027]3)、
对被测物体进行解码：
[0028]对被测物体的结构光图案进行时间相位展开，时间相位展开法中，两个连续的相位图有以下关系：
[0029]Φ
h
(x,y)
＝
(
λ
l
/
λ
h
)
Φ
l
(x,y)
[0030]其中，
λ
l
、
λ
h
分别表示低频
、
高频条纹的波长，
φ
l
(x,y)、
φ
h
(x,y)
分别表示低频
、
高频条纹得到的包裹相位，
Φ
l
(x,y)、
Φ
h
(x,y)
分别表示由
φ
l
(x,y)、
φ
h
(x,y)
展开得到的绝对相位；
[0031]S3、
点云处理算法：
[0032]1)、
结合左相机和右相机拍摄图像所获取的绝对相位形成三维测量点云，将三维测量点云与参考模型进行对齐；
[0033]基于方差最小化的匹配方法，以测点距离与其均值偏差距离残差的平方和为基础构造目标函数
[0034]2)、
进行三维测量点云滤波，消除无序
、
无关的噪点；
[0035]采用直通滤波器在数模坐标系下计算各点到数模旋转轴的距离
R
，设定
R
ref
为物体半径，仅保留
R
＜
R
ref
的点；
[0036]3)、
进行三维测量点云精简；
[0037]采用体素化栅格下采样算法对三维测量点云进行精简处理；
[0038]4)、
利用参考模型对三维测量点云进行分割提取，对提取的三维测量点云进行几何特征拟合，得到需要测量的几何参数；
[0039]采用基于设计模型坐标系定义几何特征，使用上述几何特征对三维测量点云进行提取，再对提取结果进行拟合得到几何参数；
[0040]然后对几何特征进行特征拟合，达到测量半径
。
[0041]在上述的主动式几何参数
3D
测量方法中，步骤
S1
中，设定左相机和右相机的图像完全形成行对准，则将简化为
[0042]式中，
d
＝
X
L
‑
X
R
为左右成像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种主动式几何参数
3D
测量方法，包括位于中间的一台投影仪，所述投影仪两侧呈对称设置左相机
、
右相机，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
构建双目相机成像模型：将组成
3D
视觉系统的两台相同参数的左相机和右相机，以设定间距分别固定在同一水平基线上，并保持左相机和右相机的光轴互相平行，构建数学模型图，并从图中获知：
B
L
+B
R
＝
B
其中，
B
是基线的长度，
BL、BR
分别是左基线
、
右基线的长度；由三角形相似原理，对左相机和右相机有：由三角形相似原理，对左相机和右相机有：其中，
f
是左相机或右相机的焦距；
CL、CR
分别是左相机
、
右相机像平面的主像点，
XCL、XCR
分别是
CL、CR
在左相机
、
右相机图像坐标系下的横坐标；
P
是空间中的一点，
Z
是点
P
的深度信息，
PL、PR
分别是点
P
在左相机
、
右相机中的成像点，
XL、XR
分别是点
P
的两个成像点在左相机
、
右相机图像坐标系下的横坐标；由以上二式可得：
S2、
主动光匹配测量：
1)、
由投影仪向被测物体投射结构光图案；
2)、
对被测物体进行编码：采用四步相移法对被测物体进行编码，其光照强度数学表达式为：式中，
I
i
(x,y)
为第
i
幅条纹图的灰度值，
I'(x,y)
为条纹图的平均灰度，
I”(x,y)
为条纹图的灰度调制，
φ
(x,y)
为待求解的相位值；联立上式中的四个方程，可得：对上式子取反正切函数，可求得相位主值为：求解得到的相位主值
φ
(x,y)
分布于0～2π
之间；
3)、
对被测物体进行解码：对被测物体的结构光图案进行时间相位展开，时间相位展开法中，两个连续的相位图有以下关系：
Φ
h
(x,y)
＝
(
λ
l
/
λ
h
)
Φ
l
(x,y)
其中，
λ
l
、
λ
h
分别表示低频
、
高频条纹的波长，
φ
l
(x,y)、
φ
h
(x,y)
分别表示低频
、
高频条纹得到的包裹相位，
Φ
l
(x,y)、
Φ
h
(x,y)
分别表示由
φ
l
(x,y)、
φ
h
(x,y)
展开得到的绝对相位；
S3、
点云处理算法：
1)、
结合左相机和右相机拍摄图像所获取的绝对相位形成三维测量点云，将三维测量点云与参考模型进行对齐；基于方差最小化的匹配方法，以测点距离与其均值偏差距离残差的平方和为基础构造目标函数
min2)、
进行三维测量点云滤波，消除无序
、
无关的噪点；采用直通滤波器在数模坐标系下计算各点到数模旋转轴的距离
R
，设定
Rref
为物体半径，仅保留
R
＜
R
ref
的点；
3)、
进行三维测量点云精简；采用体素化栅格下采样算法对三维测量点云进行精简处理；
4)、
利用参考模型对三维测量点云进行分割提取，对提取的三维测量点云进行几何特征拟合，得到需要测量的几何参数；采用基于设计模型坐标系定义几何特征，使用上述几何特征对三维测量点云进行提取，再对提取结果进行拟合得到几何参数；然后对几何特征进行特征拟合，达到测量半径
。2.
如权利要求1所述的主动式几何参数
3D
测量方法，其特征在于，步骤
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，高娟，邵世芬，李文龙，陈栋，辛绪彬，
申请(专利权)人：青岛职业技术学院，
类型：发明
国别省市：