[发明专利]基于双面靶标的流动式三维视觉测量拼接方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维视觉测量技术，尤其涉及一种基于双面靶标的流动式三维视觉测量拼接方法。

背景技术

大型物体的三维形貌测量是一项先进的产品检测手段，也是现代逆向工程和产品数字化设计及制造的基础支撑技术，在制造领域有广泛的应用背景。视觉检测技术作为当今高新技术之一，在电子学、光电探测、图像处理和计算机技术不断成熟和完善的基础上得到了突飞猛进的发展，在物体三维形貌测量中应用越来越广泛，越来越多的学者竞相开展相关技术的研究工作。

在实际工程中，为完成对整个物体三维形貌的测量，常把物体表面分成多个子区域，视觉传感器从多个视角分别对各子区域进行测量，所得三维数据均在各局部坐标系下。因此，必须将各局部测量数据统一到一个全局坐标系下，即三维拼接。

当前国内外较为通用的测量数据拼接方法是，在整个被测物表面贴一定数量标记点，在视场中放置高精度基线尺，然后利用一台高分辨率数码相机在不同位置拍摄标记点及基线尺图像。由标记点及基线尺标定其外部参数，建立一个全局坐标系，同时获得所有标记点在全局坐标系下的三维坐标。视觉传感器在各局部区域进行测量的同时也得到各标记点在局部坐标系下的坐标，由这些标记点可将各局部测量数据统一到全局坐标下，完成三维拼接。在国外，具有代表性的产品是德国GOM公司采用该方式研制出Tritop系统，用于视觉传感器测量数据的拼接。在国内，北京天远三维科技有限公司也研制有类似产品。

目前的拼接方法的不足之处在于：

1、测量前，需在被测物上粘贴一定数量的标记点，测量后再及时清除。因此粘贴和清除标记的工作较为繁琐，且较为费时；

2、对于曲率较大的物体，其上所贴标记点会有较大的变形，从而影响图像中标记点提取精度或者根本无法提取，甚至难以被全局测量系统所观测；

3、高分辨率数码相机需在多个位置拍摄所有标记点图像，外部参数需要逐步标定，存在误差累积现象，且操作复杂，测量效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于双面靶标的流动式三维视觉测量拼接方法。能提高三维视觉测量数据拼接精度和效率。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于双面靶标的流动式三维视觉测量拼接方法，包括以下步骤：

A、设置两台能观测到被测物全貌的数码相机；

B、标定所述数码相机内部参数，标定所述两台数码相机坐标系之间的转换关系，并设置全局坐标系；

C、在被测物的一个待测试区域附近设置双面靶标，利用所述两台数码相机拍摄该双面靶标上的至少三个非共线特征点和利用视觉传感器拍摄该双面靶标上的至少三个非共线特征点；所述双面靶标每一面上的特征点与另一面上的特征点有固定的坐标转换关系；若视觉传感器与数码相机位于双面靶标的同一侧，则拍摄双面靶标的同一面上的特征点，而如果视觉传感器与数码相机分别位于双面靶标的两侧时，则分别拍摄双面靶标的前、后工作面；其中，所述双面靶标的每一个工作面均设置至少三个非共线的特征点；所述双面靶标上各特征点之间的位置关系已知；移开所述双面靶标，利用视觉传感器对所述待测试区域进行三维视觉测量；

D、计算所述数码相机拍摄的至少三个非共线特征点在数码相机坐标系中的坐标，以及视觉传感器拍摄的至少三个非共线特征点在视觉传感器坐标系中的坐标；

E、根据所述数码相机拍摄的的至少三个非共线特征点和所述视觉传感器拍摄的至少三个非共线特征点确定视觉传感器坐标系到全局坐标系的转换关系，从而将所述待测试区域的三维视觉测量数据转换到全局坐标系下；

F、重复执行步骤C、D和E，完成三维视觉测量数据的拼接。

其中，所述全局坐标系为两台数码相机的坐标系中的一个。

本发明采用双面靶标为中介进行测量数据的拼接，不用贴标记点，有效保护了被测物体，免去了贴标及清理等繁琐过程；由于采用了双面靶标，对被测物的曲率、形状、材质等特性无任何限制，适用于各种被测件的全局测量；而全局坐标系在整个测量过程中固定不动，不用移站，因此测量中不存在累计误差，保证了全局基准的高精度，且操作简单、测量效率高。

附图说明

图1为本发明基于双面靶标的流动式三维视觉测量拼接方法的流程图；

图2为本发明双面靶标的结构示意图；

图3为本发明双面靶标的另一结构示意图；

图4为本发明双面靶标的又一结构示意图；

图5是在本发明视觉传感器某位置测得的某区域的测量结果示意图；

图6是在本发明视觉传感器另一位置测得的另一区域的测量结果示意图；

图7是图5、图6局部测量数据拼接结果示意图。