[发明专利]复杂光环境下基于线结构光的大断面测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及物体断面测量技术领域，尤其涉及一种基于线结构光测量物体断面的方法。

背景技术

当今测量领域有一种基于线结构光测量物体断面的方法。其核心思想是利用线结构光投影到被测断面上，再利用影像单元以一定角度和距离拍摄被测物体。根据拍摄结果，对影像数据进行图像分析，提取线结构光代表曲线。最终根据预先标定参数对代表曲线的坐标进行转换，得到被测断面物方的坐标，其测量原理示意图如图1所示。该方法主要用于当今各种需要快速测量断面的领域。图1所示的线结构光源1包括而不限于：激光器、LED灯、氙气灯等；影像单元2包括而不限于：感光元件、相机或摄像机等。

而随着该方法在工程应用，实践中陆续出现以下问题：

1、在环境光源复杂的条件下，特别是环境光强度远大于线结构光源的光强度时，即使采用滤光设备(例如滤光片)，也无法过滤掉与线结构光波段相同的环境光。特别是路面上存在着高反光杂物的区域的时候此现象更加明显。如此会造成通过影像数据对线结构光代表曲线提取过程失败或造成极大误差。如图2所示；

2、在保持精度不变，也即单位像素对应实际物方距离比例不变的情况下，断面测量范围受到影像单元视场或者线结构光源本身线长度所限，无法应用于一些大型断面的测量。虽然可以通过提高影像单元、线结构光与被测物体之间的距离可以提高测量范围，但也损失了测量精度。

3、如果采用多幅拼接的方法，则在动态运动环境下，因固定结构受外力而产生微小变形，从而造成所测量断面的相对位置变化(平移或旋转)，无法组成有效测量断面。包括：情形一：运动过程中，固定结构受力产生微小变形，产生扭动，投影到被测物体端时，误差被放大。情形二：运动过程中，固定结构受力产生微小变形，产生相互位移，投影到被测物体端时，误差被放大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种复杂光环境下基于线结构光的大断面测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种复杂光环境下基于线结构光的大断面测量方法，包括以下步骤：

i-1、提取结构光疑似区域，所述结构光疑似区域包括真实的结构光区域以及与真实的结构光区域近似的区域，所述与真实的结构光区域近似的区域，也称为错误识别区域；

i-2、在所述结构光疑似区域内排除错误识别区域，得到初步识别区域；

i-3、在所述初步识别区域基础上，进行代表曲线的提取；

i-4、从影像中提取到的线结构光代表曲线的相方坐标转换为物方坐标；

i-5、利用相邻两组线结构光所处影像的重合部分线性形态进行拟合，进行多断面曲线的拼接融合。

i-1-1、根据线结构光的几何尺寸和发光特性，构建线结构光特征矩阵A，所述线结构光特征矩阵A的标定方法为：将线结构光照射在室内、密闭、无外界光干扰、均匀色值、平直的投影板面上；然后利用影像系统拍摄多幅影像，获取一定时间内的多幅影像的灰度数据；通过人工限定影像中光带区域，按光带区域宽度的像素个数x，取一个x×x像素的矩阵区域，计算矩阵区域内每个像素灰度值在多幅影像的连续取样均值与255的比值，将所述比值根据其像素在矩阵区域的位置对应赋予所述线结构光特征矩阵A的各元素值；

i-1-2、根据被测物体所处背景环境的纹理特性、光反射特性，构建背景特征矩阵B，所述背景特征矩阵B的标定方法为：通过影像系统在环境光下对线结构光需要投射的背景进行拍摄，获取一定时间内的灰度数据；取一个x×nx像素的矩阵区域，其中n是自然数，取值范围3～5，计算矩阵区域内每个像素灰度值在多幅影像的连续取样均值与255的比值，将所述比值根据其像素在矩阵区域的位置对应赋予所述背景特征矩阵B的各元素值；

i-1-3、从影像第一排像素的最左端开始，选取包含x×nx个像素的第一像素区域，第一像素区域的长方向垂直于要提出的光带；提取第一像素区域的像素灰度值构建临时的图像矩阵MB_i，计算PB_i＝B×MB_i/NB，下标i为从1开始的自然数；从x×nx的像素区域的中心，提取x×x的第二像素区域的像素灰度值构建临时的图像矩阵MA_i,计算PA_i＝A×MA_i/NA，NA、NB分别为A、B矩阵中非0值的个数；计算P_i＝PA_i/PB_i；