[发明专利]一种快速高精度的三维形面测量方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种基于光条宽度突变识别边界的三维形面测量方法

背景技术

随着航空航天领域、汽车工业、模具和重大装备零部件制造技术的迅速发展，人们对制造的精度和质量提出了更高的要求。例如飞机的平垂尾等大型零部件三维形面的高精度测量，由于这类零部件的尺寸大、形状不规则、局部精度要求高等特点，其三维形面的精确测量成为现在一个难题。近年来，基于结构光扫描的双目视觉测量方法成为研究人员的研究热点。由于这种方法具有检测速度快、测量精度高、动态响应快、自动化程度高、操作简单和测量非接触等优势而被广泛应用于航空、航天及汽车等工业领域中。该方法通过对相机的标定、采集光条图像、提取光条中心和匹配重建等过程完成三维形面的测量。但是由于在实际工作现场中的光照环境非常复杂，背景干扰十分严重等问题，导致采集的光条常会出现断开、弯折等现象，对于三维形面的测量产生不利影响，从而导致制造精度低、连接装配不精确等一系列问题。经文献检索，刘震、张广军、孙军华等发明的专利号：CN 102445164 A，专利名称为：“一种大型构件表面三维形面视觉测量方法及系统”的发明专利提出了一种包括图像采集系统、控制器、计算机、一个三维光学测头、多个平面靶标的测量系统。该方法通过三维光学测头中的双目视觉系统测量不同区域的三维形面，在通过三维光学测头中的宽视场相机测量大型构件周围的多个平面靶标的位置，将不同区域的三维形面信息统一到同一全局坐标系下，以实现三维形面的测量。但是由于该方法多次进行坐标转换，精度难以得到保证，并且需要多次移动三维光学测头位置，操作较麻烦。李航、司东宏、刘丽丽等发明的专利号：CN103759669A，专利名称为：“一种大型零件的单目视觉测量方法”的发明专利提出了一种通过转战球进行三维形面测量的方法，通过转战球上的标志点来把每一个单目相机的位置统一到世界坐标系下，但算法复杂容易受中间过程影响，测量效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术难题是针对大型复合零部件表面三维形面测量过程中测量效率低、边界提取不精确的问题，发明了一种快速高精度且轮廓边界准确的双目视觉三维形面测量方法。该方法针采用基于辅助激光扫描的双目立体视觉测量系统进行图像采集，利用图像差影法快速去除大面积背景噪声，再将所有处理后的扫描光条图像进行图像合成；并将所有光条合成到一张图像上，在图像中一次性提取所有光条的中心位置；最后，建立基于光条宽度突变的边界识别方法，识别确定出上述提取光条在被测物边界的所有边界点位置，去除边界以外的光条中心坐标，仅保留边界以内的光条中心坐标并进行三维重建，从而实现快速、高精度的三维形面测量。

本发明采用的技术方案是一种快速高精度的三维形面测量方法，其特征是，测量方法采用差影法对双目视觉测量系统采集到的光条图像进行去噪，根据激光光条在不同材料物体表面的反射特性不同，使得光条宽度会在边界轮廓处发生变化，根据光条宽度的变化精确识别边界位置，对边界以内的光条信息进行匹配重建，最终实现三维形面的快速高精度测量；测量方法包括图像采集，光条图像去噪及合成，光条中心提取，边界轮廓识别，匹配光条中心点及重建三维形面步骤；测量方法具体步骤如下：

第一步对被测物三维形面进行图像采集，并进行光条图像合成

1)光条图像快速去噪方法

采用激光扫描加双目视觉测量系统对被测物体的表面进行图像采集，得到原始无光条图像和不同时刻的激光光条图像。由于对图像采集的过程中，光照环境基本相同，因此可以采用如下公式对所有光条扫描的图像进行去噪处理：

F_i(x,y)＝f_i(x,y,t_i)-f₀(x,y)(1)