[发明专利]一种小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量系统，所述复杂精密工件是指形状和结构复杂精致细致的工件，多存在内腔和孔洞，测量时需要进入内腔和孔洞之中，其特征在于包括：多视点光栅式立体视觉传感器光学探头、光栅光条投射模块、光栅图像成像及采集模块和计算机，其中计算机包含图像分析及数学计算模块、标定模块；计算机通过光栅光条投射模块将光条图像投射在多视点光栅式立体视觉传感器光学探头底部的多平面反射镜片上反射到被测工件上，光栅图像成像及采集模块通过多视点光栅式立体视觉传感器光学探头所形成的多视点立体视觉光路采集光条图像并将该光条图像传送到计算机内存中，计算机内的图像分析及数学计算模块处理光条图像，并根据标定模块对多视点光栅式立体视觉传感器光学探头中摄像机内部参数的标定结果计算出被测工件的几何尺寸；

所述多视点光栅式立体视觉传感器光学探头底部为一个四平面反射镜，上部为一个五平面反射镜片；通过四平面反射镜和上部五平面反射镜构成具有较大基线距的四个立体视觉光路；同时，底部四平面反射镜中有通孔，内放置摄像机用的微型镜头；上部五平面反射镜片中也有一通孔，内放置光栅光条投射模块中光条投射器用的微型镜头；经光纤传输，光栅光条投射模块中光条投射器发出的光条图像通过底部四平面反射镜照射在被测工件上；

所述光栅光条投射模块包括光条投射器、转接镜头和传输投送光条图像的光纤传输线；所述光栅图像成像及采集模块包括摄像机、控制器、转接镜头和传输图像的光纤传输线；光栅光条投射模块中的光条投射器将光条图像经过转接镜头通过光纤传输线传送到多视点光栅式立体视觉传感器光学探头上的光条投射器用微型镜头上，再经过微型镜头投射到被测工件上；摄像机通过控制器控制采集经过多视点光栅式立体视觉传感器光学探头上的光条图像，再将光条图像传送到计算机内存中；

所述图像分析及数学计算模块负责分析和处理传送到计算机内存中的光条图像数据，得出匹配好的光条图像后代入系统数学模型，计算出被测工件的几何尺寸，具体实现过程如下：

(1)从计算机内存中读入光条图像数据，通过利用光条空间位置约束和双目立体视觉中的极线约束条件，加上计算像素级边缘区域的一阶矩，实现在单摄像机的光学反射镜片方式构成双目立体视觉传感器中光条的识别定位，从而实现光条的提取；对提取后的光条进行搜索，找到不同光条中心点集间的距离最小且模型号相同的光条，完成匹配；

(2)根据(1)中匹配好的光条带入系统数学模型中，单独的光栅式双目视觉传感器的测量模型如下式所示：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_1{p}_1=A_1\left[\begin{array}{cc}I& 0\end{array}\right]P\\ {\mathrm{\ρ}}_2{p}_2=A_2\left[\begin{array}{cc}{R}_{12}& t_{12}\end{array}\right]P\end{array}\right.$

其中设p₁和p₂分别为光栅光条点P在光栅式双目立体视觉传感器中左、右摄像机图像坐标系下无畸变图像齐次坐标；A₁和A₂分别为光栅式双目立体视觉传感器中左右摄像机内部参数；光栅式双目立体视觉传感器中左摄像机坐标系到右摄像机坐标系的旋转矩阵和平移向量为R₁₂,t₁₂，ρ₁、ρ₂为非零比例系数,I为单位矩阵，从而得到光条上特征点的三维坐标。

2.一种利用权利要求1所述系统进行小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量方法，其特征在于实现步骤如下：

第一步，计算机通过光栅光条投射模块中的光条投射器等器件将光条图像投射在光学探头底部的多平面反射镜片上反射到被测工件上；

第二步，光栅图像成像及采集模块在狭小空间中采集到经过步骤1投射后的被测工件的立体视觉图像，再通过光纤传输立体视觉图像到摄像机成像芯片上，传送到计算机内存中；

第三步，从计算机内存中读入步骤2的光条图像数据，通过利用光条空间位置约束和双目立体视觉中的极线约束条件，实现光条的提取；对提取后的光条进行双目摄像机模型匹配，得到匹配后的光条；

第四步，将第三步匹配好的光条带入标定后的系统数学模型中，从而得到光条上特征点的三维坐标；将得到的所有特征点进行三维建模，最终得到被测工件的几何尺寸。