[发明专利]一种基于轴向立体视觉的逆向测量方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于轴向立体视觉的逆向测量方法与装置。

背景技术

逆向工程作为一种快速的产品创新开发手段，在现代制造业中有着广泛的应用，逆向工程建模的首要任务是准确、快速、合理地获取描述产品外形的点云数据。

目前，运用最为普遍的逆向测量方法有：接触式测量法、激光扫描法和立体视觉测量法。接触式测量与激光扫描测量技术已经比较成熟，是目前占市场份额最大的两种逆向测量手段。但接触式测量与激光扫描测量一般以三坐标测量机或柔性臂等为硬件支持，设备成本很高。立体视觉测量法使用两架照相机，在不同角度对被测量物体进行拍照，利用视差原理，恢复出测量点的深度信息。它可以在瞬间获取被测物体表面大量的几何信息，测量效率很高，而且硬件结构简单，设备成本较低，随着CCD技术的发展，视觉测量的精度在不断地提高，所以立体视觉测量法是一种很有前景的逆向测量方法。

目前被广泛使用的是横向立体视觉法，即测量过程中两架照相机按横向分布。使用横向立体视觉法进行逆向测量，需要分别获取物体在各个侧面上的几何数据，然后通过复杂的数据拼接过程建立完整的几何模型。此外使用横向立体视觉法，由于两像平面间没有特殊的几何关系，所以同源特征匹配算法比较复杂。本发明将使用轴向立体视觉原理，利用两像平面间特殊的几何关系，简化图像处理算法，为逆向工程提供一种低成本、高效率的数据采集方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于轴向立体视觉的逆向测量方法与装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、基于轴向立体视觉的逆向测量方法：

测量过程中，被测物体放置在升降机构上，并随升降机构上下移动，由圆形平面结构光发生器将圆形平面结构光投向被测物体，经物体表面形状调制后在周向形成一截面光条。由两架按轴向分布的照相机，同时摄取该截面光条在圆台内面镜中所成的虚像，然后依据同轴照相机外极线约束关系，进行图像匹配，依据轴向立体视觉原理计算出光条虚像上各采样点的空间坐标，根据物、像对称原理，计算出物体上各个截面的形状。接着通过控制物体随升降机构向上或向下移动，获取物体上沿轴向分布的一系列采样截面的形状数据。最后通过截面数据的轴向拼接，反求出整个物体的几何模型。

所述的同轴照相机外极线约束关系是：利用同轴照相机两像面平上的外极线相互平行，极点与像平面中心重合的特点，进行同源像点匹配。

二、一种基于轴向立体视觉的逆向测量装置、

远轴照相机和近轴照相机置于圆台内面镜的上方，且两架照相机的轴线相互垂直，在两轴线的交点处安置一圆形分光镜，远轴照相机离开圆形分光镜的距离比近轴照相机远，两架照相机能在各自的轴线上移动。圆台内面镜大底面朝上，由支架支撑，其大底面顶部安装有圆形平面结构光发生器，圆台内面镜底部有一升降机构，被测物体放置在升降机构上并位于圆台内面镜中，支架和升降机构布置在底座上。两架照相机和升降机构均分别与计算机连接。

本发明具有的有益效果是：

1)由于圆形分光镜的存在，使两照相机在原理上按轴向分布，从而使两像平面上的极线相互平行，且极点与像平面中心重合，简化同源像点的匹配过程。

2)测量过程中依次获得物体轴向各个位置上的截面轮廓，重建几何模型时，只需要进行轴向数据拼接，而不需要周向数据拼接。

3)整个逆向测量系统结构简单，设备成本低。

附图说明

图1是基于轴向立体视觉的逆向测量系统结构示意图；

图2是结构光发生器结构示意图；

图3是轴向立体视觉测量模型示意图；

图4是轴向立体视觉外极线分布规律示意图；

图5是轴向立体视觉同源像点匹配规律示意图；

图6是基于轴向立体视觉的逆向测量方法流程图。

图中：1、远轴照相机，2、近轴照相机，3、圆形分光镜，4、被测物体，5、圆形平面结构光发生器，6、圆形平面结构光，7、圆台内面镜，8、支架，9、升降机构，10、底座，11、虚拟远轴照相机，12、电缆，13、计算机，14、发光二极管(LED)，15、圆形狭缝。

具体实施方式