【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及长度测量领域，尤其涉及基于激光技术的高精度长度测量方法及系统。
技术介绍
1、随着现代工业和科技的发展，重大装备制造、空间科技、国防工业等领域对空间三维坐标精度的要求日益提高，激光技术因其非接触性、高精度、高速度、高可靠性等独特的优势，在高精度长度测量领域扮演着越来越重要的角色。
2、传统的激光测量技术虽然在一定程度上满足了精度要求，但在复杂环境、动态测量和长距离测量中仍面临诸多挑战，需要结合有效的辅助测量方式进行调节，同时激光测量采样量大、数据内容丰富，对测量系统的数据处理能力提出更高的要求。随着计算机视觉技术的快速发展，图像识别技术在长度测量中的应用广泛，通过对图像或视频的处理可实现目标检测、目标跟踪、图像分割、图像识别等多种功能，可作为有效的长度辅助测量方式。通过充分考虑传输影响、图像转换和状态数据等因素，结合激光技术、图像识别技术和机器学习技术，设计一种精确、高效、快速的基于激光技术的高精度长度测量方法与系统来克服现有长度测量方法和系统的不足，实现高效、高精度的长度测量，为工业自动化、精密制造等领域提供有力的技术支持。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是要提供基于激光技术的高精度长度测量方法及系统。
2、为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
3、本专利技术包括以下步骤：
4、获取激光测量的工作数据和状态数据，对所述工作数据和所述状态数据进行预处理；所述工作数据包括激光扫描数据和相机图像；所述状态
5、根据所述激光扫描数据计算激光边缘坐标、第一激光测量长度和测距尺度，将所述第一状态数据输入传输影响函数获得传输影响因子，根据所述传输影响因子和所述第一激光测量长度确定第二激光测量长度；
6、处理所述相机图像获得像素边缘坐标，根据所述第二状态数据将像素边缘坐标转化为世界边缘坐标，将所述世界边缘坐标匹配所述激光边缘坐标获得第一边缘坐标；
7、融合所述第一边缘坐标和所述第二激光测量长度得到激光图像长度，采用所述测距尺度调整所述激光图像长度得到综合测量长度；
8、根据所述综合测量长度、所述测距尺度、所述传输影响因子和所述第一边缘坐标构建高精度长度测量模型，将待测量工作数据和状态数据输入所述高精度长度测量模型获得测量长度。
9、进一步的，计算所述激光边缘坐标、所述第一激光测量长度和所述测距尺度的方法，包括：
10、将激光扫描器和相机作为一对扫描组，设置三对以上不同空间位置的扫描组，获取机器工作数据和状态数据；
11、确定被测件表面参照中心和坐标系，在激光扫描时将光谱标识作为标识投射在被测件表面的参照中心和边缘，计算边缘点与参照中心的相对坐标作为相对激光边缘坐标，根据多个扫描组相对激光边缘坐标的均值、均方差和偏度确定激光边缘坐标；
12、将激光扫描数据按时间序列排序，设定激光扫描数据相位变化时的时间点为边缘时间点，计算边缘时间点的间隔得到扫描时间，通过扫描时间和激光扫描器的转动速度确定激光扫描器转动角，根据边缘时间点对应的激光束往返时间计算扫描点到边缘点的边缘距离，根据边缘距离和激光扫描器转动角计算第一激光测量长度；
13、根据激光扫描至参照物表面形心标识处的时间点对应的激光束往返时间计算扫描点到参照物表面形心的测距尺度。
14、进一步的，获得所述传输影响因子的方法，包括：
15、将所述第一状态数据输入传输影响函数获得传输影响因子，表达式为：
16、
17、其中qt为传输影响因子，w1、w2、w3为传输影响因子权重系数，δf为发射激光实际频率和预设频率的偏差，f0为发射激光的预设频率，δt为激光器的温度漂移，k为温度波长影响系数，δλmax为激光光谱与大气光谱的结束值的偏差，δλmin为激光光谱与大气光谱的起始值的偏差，δλ为大气光谱的范围大小；
18、根据传输影响因子和第一激光测量长度确定第二激光测量长度，表达式为：
19、
20、其中l2为第二激光测量长度，l1为第一激光测量长度，w4为传输影响因子权重。
21、进一步的，获得所述像素边缘坐标的方法，包括：
22、采用opencv图像处理库读取待处理相机图像，将相机图像进行灰度化处理获得灰度图像，对灰度图像进行边缘检测识别待测件灰度图像的边缘位置；
23、边缘检测器选用高斯拉普拉斯滤波器，对灰度图像进行高斯滤波并进行拉普拉斯变换得到图像边缘信息，表达式为：
24、
25、其中为拉普拉斯高斯算子，为拉普拉斯算子，g(u,v)为二维高斯函数，σ为高斯函数标准差，g(u,v)为高斯拉普拉斯滤波处理后的图像，f(u,v)为输入的灰度图像；
26、根据边缘信息进行零交叉检验得到具体的边缘位置，根据边缘位置采用八连通区域按逆时针反向对图像进行轮廓追踪，八连通则表达式为：
27、n8(p)＝h4(p)∪(u+1,v+1),(u+1,v-1),(u-1,v+1),(u-1,v-1)
28、其中n8(p)表示边界跟踪的起始点p的八连通区域，包括点p及对应上、下、左、右和四对角邻点，n4(p)表示点p的四连通区域，包括点p及对应上、下、左、右邻点；
29、根据灰度计算值划分五个距离不同的距离区间筛选轮廓点，筛选原则为：
30、m1>1-t,m2<t,m4<t,m5>1-t
31、其中m1、m2、m4、m5为区域1、2、4、5的灰度平均值，t为灰度阈值；
32、确定筛选出的轮廓点，采用moment函数计算几何中心，根据轮廓数据提取像素边缘坐标。
33、进一步的，将所述像素边缘坐标转化为世界边缘坐标的方法，包括：
34、所述第二状态数据为相机焦距、相机俯仰角和平移量；
35、根据第二状态数据构建相机内参矩阵和外参矩阵，将素边缘坐标(u,v)转换为相机边缘坐标(xc,yc,zc)，将相机边缘坐标(xc,yc,zc)转化为世界边缘坐标(xw,yw,zw)。
36、进一步的，获得所述第一边缘坐标的方法，包括：
37、计算世界边缘坐标和激光边缘坐标的综合相似度，表达式为：
38、
39、其中sw,l为世界边缘坐标和激光边缘坐标的综合相似度，α、β为权重参数，为第i个世界边缘坐标点ai和第j个激光边缘坐标点bj的欧几里得距离，n为坐标点数量，r为缓冲区半径，da为世界边缘坐标点到原点的距离，db为激光边缘坐标点到原点的距离，为世界边缘坐标点对应向量均值，为激光边缘坐标点对应向量均值；
40、根据世界边缘坐标和激光边缘坐标的综合相似度匹配边缘坐标点，根据两边缘坐标点的均值、方差和偏度确定第一边缘坐标。
41、进一步的，得到所述激光图像长度的方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，计算所述激光边缘坐标、所述第一激光测量长度和所述测距尺度的方法，包括：
3.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，获得所述传输影响因子的方法，包括：
4.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，获得所述像素边缘坐标的方法，包括：
5.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，将所述像素边缘坐标转化为世界边缘坐标的方法，包括：
6.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，获得所述第一边缘坐标的方法，包括：
7.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，得到所述激光图像长度的方法，包括：
8.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，获得所述测量长度的方法，包括：
9.基于激光技术的高精度长度测量系统，用以执行权利要求1
...【技术特征摘要】
1.基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，计算所述激光边缘坐标、所述第一激光测量长度和所述测距尺度的方法，包括：
3.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，获得所述传输影响因子的方法，包括：
4.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，其特征在于，获得所述像素边缘坐标的方法，包括：
5.根据权利要求1所述基于激光技术的高精度长度测量方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：卿光亚，蔡东炎，龚柯安，薛元，付天坤，
申请(专利权)人：中国测试技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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