[发明专利]基于机器视觉的宝石三维毛坯重构设计的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宝石毛坯设计系统，具体涉及一种基于机器视觉方法进行宝石毛坯重构切工设计的装置及方法。

背景技术

宝石切工设计是宝石加工工艺流程中最重要的一道工序，需要对指标进行权衡，找出一个平衡点。宝石切工设计的好坏直接影响到这颗宝石将来的商业价值。它要求设计者在精确测量宝石毛坯的基础上，根据已有经验及客户要求进行优化设计，需要很强的空间想象能力和丰富的宝石加工以及商业经验。已有的手工方式随着用户要求日趋复杂和需求量的不断加大，已无法满足要求，因而必需将智能技术和自动检测技术引入宝石设计领域。

工件三维形状重构主要采用的方法是结构光扫描重构和多摄像机成像法。第一类方法精度高，算法相对成熟，目前在该领域已有大量研究成果并初步实现产业化，如三维成像仪和三维扫描仪等产品，然而这类产品通常结构复杂，造价昂贵，无法实现小型化和低成本的要求；第二类方法则需要使用多个摄像机并进行精确同步，同样存在结构复杂和硬件成本高的问题，已有的重构算法一般只考虑光滑物体表面，在处理带有棱角或明显面特征的宝石毛坯时会出现较大误差，无法作为测量结果及进一步设计使用。对于宝石切工设计，目前已有多类切工辅助设计软件，如GemCAD，JewelCAD等，可以根据用户设计三维显示宝石切工及对比结果，缺点是不支持自动设计，用户必须手动设计一组参数后观察结果，再根据结果反复调整参数直至最终达到较满意的结果，整个过程繁琐，耗时长，一般需要几十分钟甚至数小时才能完成，并且结果严重依赖设计者的经验，很难达到最优设计。

发明内容

本发明为解决现有宝石毛坯重构装置存在的结构复杂、造价昂贵的问题；以及设计方法存在的不支持自动设计、手动设计参数过程繁琐耗时长、过于依赖设计者经验、很难达到最优设计的问题，提供一种基于机器视觉的宝石三维毛坯重构设计的装置及方法。

本发明的基于机器视觉的宝石三维毛坯重构设计的装置由图像采集设备1、转动平台设备2、处理系统3和照明设备4组成，图像采集设备1的信号输出端与处理系统3的信号输入端连接，转动平台设备2和照明设备4的控制输入端与处理系统3的控制输出端连接，照明设备4的输出光供给图像采集设备1的输入端，所述图像采集设备1由摄像机1-1和图像采集卡1-2组成，摄像机1-1的信号输出端与图像采集卡1-2的信号输入端连接，所述转动平台设备2由平台机体2-1、驱动电机2-2和设备控制卡2-3组成，驱动电机2-2的传动输出端与平台机体2-1传动连接，驱动电机的2-2的控制输入端与设备控制卡2-3的控制输出端连接，所述处理系统3由处理机3-1和显示设备3-2组成，处理机3-1的信号输入端与图像采集卡1-2的信号输出端连接，处理机3-1的信号输出端与显示设备3-2的信号输入端连接，处理机3-1的控制输出端与设备控制卡2-3的控制输入端连接，所述照明设备4包含辅助光源4-1、菲涅尔透镜4-2和镜头4-3，辅助光源4-1的控制输入端与处理机3-1的控制输出端连接，辅助光源4-1、菲涅尔透镜4-2、待测宝石毛坯W、镜头4-3和摄像机1-1依次从右至左设置在一条直线上，辅助光源4-1和摄像机1-1分别设置在菲涅尔透镜4-2和镜头4-3的焦点处。

本发明的宝石三维毛坯重构设计的方法步骤如下：

步骤一、启动：将待测宝石毛坯W放置在平台机体2-1上，由处理机3-1发出控制指令给辅助光源4-1为平台机体2-1提供背光照明；

步骤二、毛坯重构：处理机3-1通过设备控制卡2-3控制驱动电机2-2以指定速率驱动平台机体2-1进行高精度旋转，通过摄像机1-1采集待测宝石毛坯W各个角度的视频，采集的视频由图像采集卡1-2转化为多帧数字图像序列传入处理机3-1中，将多帧数字图像序列通过处理机3-1计算得到待测宝石毛坯W的三维表面和形状参数，并在处理机3-1中重构宝石毛坯的形状；

步骤三、切工设计：根据待测宝石毛坯W的三维重构结果、待设计宝石的切割形状及遵循标准要求通过处理机3-1优化待设计宝石的主轴方向、大小参数并计算出各切割面的原始参数，再与保存在处理机3-1中的标准数据库进行对比，进一步得到待设计宝石各切割面具体参数及完整的最终设计结果，并将重构和设计结果保存在处理机3-1内以供查阅检索和打印输出；

步骤四、三维建模：通过处理机3-1将待测宝石毛坯W的三维形状及切割参数通过OpenGL技术以三维叠加的方式按用户设置格式显示在显示设备3-2上，并对三维图像进行旋转、局部放大及将待测宝石毛坯W和设计结果叠加显示。