[发明专利]空间圆几何参数的双目立体视觉测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于工业产品上的空间圆几何参数非接触式在线测量的方法，更具体地说，它涉及一种空间圆几何参数的双目立体视觉测量方法。

背景技术

圆是组成物体几何形状的基本元素，其精度特性往往影响到整个产品的最终性能，因而对空间圆的几何参数进行精确测量有着十分重要的意义。传统的空间圆几何参数测量方法是采用三坐标测量机进行的，但是三坐标测量机体积庞大，不便携带，且为接触式测量，不能满足在线测量和大型圆孔测量的需要。随着图像处理、计算机技术和工业摄像机制造水平的不断发展，计算机视觉技术也得到了飞速的发展，可以实现物体在三维空间中姿态和尺寸的快速测量，具有速度快、自动化程度高、精度好、非接触的优点，正逐渐成为产品制造尺寸测量的重要手段和发展方向。

对于空间圆几何参数的视觉测量方法已有一些学者做过研究：

1.天津大学的张健新同志使用的方法是首先在图像平面上以椭圆影像的边缘点拟合圆得出中心坐标，然后再由标定的逆过程求出空间圆圆心的三维坐标来(张健新，双目立体视觉技术在工业测量中的应用研究，天津大学博士学位论文，1996)，这种方法存在着原理的误差，因为它忽略了透视投影带来的形状变化，当图像平面与空间圆所在平面夹角越大误差就越大，而且不能测量空间圆的半径以及圆所在的平面方程。

2.由胡春华、刘士清和朱纪洪三同志发表在2004年中国控制与决策学术年会论文集中题目为“视觉测量中圆中心成像畸变误差模型研究”的论文，细致分析了椭圆影像中心与空间圆圆心投影点之间的差异，但没有给出误差补偿的方法。

3.中国专利专利号ZL 03142659.X，公开号CN1566900，公开日2005.01.19，申请人北京航空航天大学，发明创造名称一种空间圆几何参数的视觉测量方法，该申请案提出了利用极线约束求出圆边缘的实际三维空间坐标进而进行空间圆拟合的方法，其不足之处是这种方法需要人工确定对极线的位置和数量，最后的测量精度会受到人为因素的影响，同时其精度下的摄像机测量距离没有给出。

4.中国专利申请号200710043742.2，申请日2007.07.11，公开号CN101093160，公开日2007.12.26，申请人上海交通大学，发明创造名称基于双目立体视觉的空间圆几何参数的测量方法，该申请案提出的双目立体视觉空间圆测量方法，虽然对于自主导航很适用，但是在工业产品测量时，把世界坐标系建立在圆心处，或者与左摄像机坐标系建立关系的方法不利于全局标定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种空间圆几何参数的双目立体视觉测量方法。使得空间圆(包括圆所在平面方程、圆的半径和圆心坐标)测量过程自动化程度强，既可满足工业产品精度要求，又能够达到很高精度，且实时性强。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案予以实现。空间圆几何参数的双目立体视觉测量方法采用标定阶段、图像处理阶段与空间圆拟合阶段。

所述的标定阶段的具体步骤如下：

1)设定三维立体标靶，标靶面上布满了黑白相间的棋盘格，棋盘格的尺寸大小为20mm×20mm，以黑方块与白方块公共的角点作为标定特征点，标定特征点的数量为250～600个，以立体标靶三个标靶面交点为原点建立世界坐标系；

2)固定安装左右摄像机建立双目立体视觉系统，在两摄像机的公共视场范围内放置立体标靶，拍摄图像，为获得标定特征点的图像坐标，对Harris角点提取算法进行改进；

3)将左右图像的同名点对坐标(u_il，v_il，u_ir，v_ir)作为输入，标定特征点三维坐标(x，y，z)作为输出，整个坐标点对分成三组分别作为神经网络的训练样本、确认样本和测试样本；

4)将样本数据进行归一化处理，使数据范围在-1～1之间；

5)建立网络，把隐层神经元个数设为变量，均方差作为目标函数进行网络训练，选取使目标函数最小的变量作为最终神经元个数，并适当采用提前终止策略，训练完成后保存网络；

6)运用确认样本和测试样本对已建好的神经网络进行确认并测试，验证网络的泛化能力和精度。

所述的图像处理阶段的具体步骤如下：

1)将待测量空间圆放置在双目立体视觉系统的公共视场里进行拍摄，得到两幅包含空间圆的椭圆影像的图像对；

2)运用图像间的逻辑或运算，将待测量圆区域从背景图像中分割开来；