线激光视觉三维旋转扫描方法技术

本发明专利技术针对现有激光扫描系统现场标定困难，扫描景深范围窄，扫描效率不高的缺点，提出一种可以根据物体尺寸改变景深，并且快速实现现场标定，对物体进行虚拟重构，并且可以对物体指定的特征点进行实时跟踪的线激光视觉三维旋转扫描方法。采用线激光扫描方式，提高扫描效率和实时性；采用定位平台技术，可以实现系统模型现场快速标定，方便用户现场调试相机的视角和景深，应用更加灵活；利用openGL实现物体的虚拟重构，实现物体上任意几何尺寸的测量；定位平台提供机器臂定位孔，可以实现对物体的感兴趣点的实时或者延时跟踪。对工业生产、检测具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，具体是指一种可用于对物体进行三维旋转扫描实现对物体的尺寸测量、特征点跟踪的方法。
技术介绍
激光三维扫描技术，是从复杂实体或实景中重建目标的全景三维数据及模型，主要是获取目标的线、面、体、空间等三维实测数据并进行高精度的三维逆向建模。应用内容涉及到目标的建模、复制、仿制、仿真、修复、翻新、结构分析、改造、维护、建档及用于任务的模拟、训练、仿真、虚拟现实、推演、试验、检测、变形分析、CAD、CAM、CMMS、有限元应力分析、 流体动力分析、其他逆向工程等用途。激光配合视觉技术以其测量精度高，方法原理简便， 相对于其他视觉方案成本低廉的优势，正得到越来越广泛的应用。根据激光器的类型，激光三维扫描可分为点扫描方式，线扫描方式，编码面扫描方式。点扫描方式扫描范围小，效率低下；编码面扫描效率高，但是编码结构光难于实现； 线扫描方式可一次实现多点扫描，实现简单，有利于简化系统结构，减少系统成本。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对点、面扫描方式的缺点，提出一种，可以根据物体尺寸改变景深，并且快速实现现场标定，对物体进行虚拟重构，并且可以对物体指定的特征点进行实时跟踪。按照本专利技术提供的技术方案，所述，包括以下步骤首先，设计定位平台，定位平台包括系统各个部分的定位孔旋转轴定位孔，标定杆定位孔，相机定位孔，激光器定位孔，机器臂定位孔；所述定位平台坐标系的原点和机器臂坐标系的原点重合；第二步，按定位孔位置安装好各个部件，安装标定杆，线激光照射标定杆，激光条在标定杆的标定孔处会形成断裂；利用相机获取标定孔的图像，利用中轴变换原理对线激光光条细化，对细化后的激光轨迹进行序列化，根据序列点查找断点，确定标定孔在图像坐标系中的坐标，结合定位孔在系统中的空间坐标完成系统的标定；第三步，拆除标定杆，放置待测量或待跟踪物体，设定旋转轴转动角速度ω对物体进行被动旋转扫描，利用相机实时获取激光器照射于被测物表面的激光条，细化激光条并对得到的激光条的每一个像素点进行逆向工程运算，得到像素点在定位平台中的坐标；第四步对物体进行测量、虚拟重构、跟踪通过获取的坐标信息，能够直接得到物体的物理尺寸；将获得的所有坐标点通过openGL在计算机中绘制得到物体的点云图，对点云图进行网格化，并贴附纹理可以得到物体的虚拟映像；从点云中选择感兴趣的点送入机器臂，实现对物体特征点的跟踪。所述设计定位平台的方法为(1. 1)、确定机器臂定位孔，机器臂坐标系的原点为机器臂定位孔的中心，平台坐标系的原点和机器臂坐标系的原点重合，建立定位平台坐标系；所述定位平台坐标系为 XYZ空间直角坐标系，重合于机器臂坐标系；沿X轴方向依次设置激光器定位孔和相机定位孔，沿Y轴方向设置旋转轴定位孔，在旋转轴定位孔和激光器定位孔连线上设置第一标定杆定位孔、第二标定杆定位孔；(1. 2)、在定位平台上依次确定旋转轴定位孔0w，y0r)、第一标定杆定位孔(X1。， yj、第二标定杆定位孔U2。，y2。)、相机定位孔、激光器定位孔(x41，y41)，所述激光器定位孔 (x41，y41)、第一标定杆定位孔U1。，yj、第二标定杆定位孔U2。，y2。)以及旋转轴定位孔在同一直线上；(1. 3)、确定位于标定杆上的6个标定孔在CTZ空间直角坐标系中的位置坐标(Xl。，Ylc' Zlc)、(Xlc' Ylc' Z2c)、(Xlc' Ylc' Z3c)、(X2c，J 2c ^ Z4c)、(X2c，J 2c ^ Z5c)、(X2c，3 2c, Z6c)。步骤二所述系统的标定包括以下步骤(2. 1)、相机通过滤光片获取激光条图像，利用双峰法对图像进行二值化处理，准确提取激光条；对激光条利用中轴变换原理进行细化，得到细化激光条；O. 2)、对组成激光条的细化光点进行序列化，序列法方法对每个激光点的像素坐标求二阶范数11 (U，V) 11，按照二阶范数的大小对光点进行序列化；遍历序列化后的光点，若光点之间间隔远大于间隔均值，则对这两个间隔点的像素坐标取均值得到6个标定孔的像素坐标(U1, V1)、(u2, V2)、(u3, V3)、(u4, V4)、(u5, V5)、(u6, V6)；(2. 3)、设空间坐标系到成像平面像素坐标系之间的投影矩阵为权利要求1.，其特征是包括以下步骤首先，设计定位平台，定位平台包括系统各个部分的定位孔旋转轴定位孔，标定杆定位孔，相机定位孔，激光器定位孔，机器臂定位孔；所述定位平台坐标系的原点和机器臂坐标系的原点重合；第二步，按定位孔位置安装好各个部件，安装标定杆，线激光照射标定杆，激光条在标定杆的标定孔处会形成断裂；利用相机获取标定孔的图像，利用中轴变换原理对线激光光条细化，对细化后的激光轨迹进行序列化，根据序列点查找断点，确定标定孔在图像坐标系中的坐标，结合定位孔在系统中的空间坐标完成系统的标定；第三步，拆除标定杆，放置待测量或待跟踪物体，设定旋转轴转动角速度ω对物体进行被动旋转扫描，利用相机实时获取激光器照射于被测物表面的激光条，细化激光条并对得到的激光条的每一个像素点进行逆向工程运算，得到像素点在定位平台中的坐标；第四步对物体进行测量、虚拟重构、跟踪通过获取的坐标信息，能够直接得到物体的物理尺寸；将获得的所有坐标点通过openGL在计算机中绘制得到物体的点云图，对点云图进行网格化，并贴附纹理可以得到物体的虚拟映像；从点云中选择感兴趣的点送入机器臂，实现对物体特征点的跟踪。2.如权利要求1所述，其特征是，所述设计定位平台的方法为(1. 1)、确定机器臂定位孔，机器臂坐标系的原点为机器臂定位孔的中心，平台坐标系的原点和机器臂坐标系的原点重合，建立定位平台坐标系；所述定位平台坐标系为XYZ空间直角坐标系，重合于机器臂坐标系；沿X轴方向依次设置激光器定位孔和相机定位孔，沿 Y轴方向设置旋转轴定位孔，在旋转轴定位孔和激光器定位孔连线上设置第一标定杆定位孔、第二标定杆定位孔；(1.2)、在定位平台上依次确定旋转轴定位孔Ow，yj、第一标定杆定位孔(Xl。，ylc)> 第二标定杆定位孔U2。，y2。)、相机定位孔、激光器定位孔(x41，y41)，所述激光器定位孔(χ41， y41)、第一标定杆定位孔U1。，yj、第二标定杆定位孔U2。，y2。)以及旋转轴定位孔在同一直 ^^ —t- (1. 3)、确定位于标定杆上的6个标定孔在XYZ空间直角坐标系中的位置坐标U1。，yi。，Zlc)、(Xlc' Ylc' Z2c)、(Xlc' Ylc' Z3c)、(X2c，3 2c, Z4c)、(X2c，3 2c, Z5c)、(X2c，J 2c ^ Z6c)。3.如权利要求2所述，其特征是，步骤二所述系统的标定包括以下步骤(2. 1)、相机通过滤光片获取激光条图像，利用双峰法对图像进行二值化处理，准确提取激光条；对激光条利用中轴变换原理进行细化，得到细化激光条；(2. 2)、对组成激光条的细化光点进行序列化，序列法方法对每个激光点的像素坐标求二阶范数I I (u，ν) I I，按照二阶范数的大小对光点进行序列化；遍历序列化后的光点，若光点之间间隔远大于间隔均值，则对这两个间隔点的像素坐标取均值得到6个标定孔的像素坐标(U1, V1)、(U2, V2)、(U3, V3)、(U本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白瑞林，孟伟，李龙，吉峰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：