[发明专利]一种基于红外投线仪的三维测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于大型物体三维测量技术领域，具体涉及一种基于红外投线仪的三维测量系统及方法。

技术背景

采用三维扫描仪实现大型物体的三维形状测量，是目前工业生产中常用的三维形状获取技术。但是，在测量大型物体时，由于无法采用三维扫描仪一次性测量整个物体，需要利用三维扫描仪多次测量该物体的局部区域，然后将局部测量结果拼接起来。现有技术中，目前的拼接技术往往采用在被测物体上贴标记的方式，该方式测量时间较长，使用不方便，而且拼接方法不稳定。另外，三维扫描仪常采用投影仪向物体投射特定纹理，然而在复杂的工业生产环境中，测量精度经常会受到复杂的外部环境的影响，尤其会受到自然光照、照相角度和曝光时间等外界因素的影响，系统鲁棒性差，导致测量结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于红外投线仪的三维测量系统及方法，测量简便易行，拼接方法稳定性高，能够在测量中减少外界影响，系统鲁棒性强，提高了测量准确度。

为解决现有技术的上述问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种基于红外投线仪的三维测量系统，包括：

一台三维扫描仪、两条平行导轨、移动架、移动控制器和一台GPU服务器；

所述的两条平行导轨的两端分别采用一个连接杆进行连接；

所述的移动架包括：一个平行于所述的两条平行导轨所构成平面的移动架悬杆、可沿所述的两条平行导轨移动的两个移动架支脚；

在所述的两个移动架支脚底部，分别安装有一个所述的移动控制器；

所述的三维扫描仪包括间隔设置于所述的移动架悬杆上的两台工业相机和一台红外投线仪；

所述的工业相机、红外投线仪、移动控制器分别通过千兆网连接到所述的GPU服务器；

所述的移动控制器用于控制所述的移动架沿所述的两条平行导轨匀速运动，并计算所述的移动架的移动距离。

进一步的，所述的两条平行导轨的长度相等，所述的两条连接杆长度相等；在所述的平行导轨和连接杆之间采用连接件相连。

进一步的，所述的红外投线仪可投射高达850mn红外光线，经由千兆网与所述的GPU服务器行通讯。

进一步的，所述的工业相机的分辨率至少不低于500万像素，其帧率至少不低于25fps；所述的工业相机的镜头上安装有850nm的红外滤光镜。

本发明的一种基于红外投线仪的三维测量方法，包括以下步骤：

a.安装平行导轨：两个长度相等的连接杆分别通过连接件将长度相等的两条平行导轨的首首、尾尾相连；所述的两个平行导轨连接杆与两条平行导轨垂直，并构成一个平面，以确保两条导轨平行；

b.安装移动架、三维扫描仪：将三维扫描仪的两个工业相机、一个红外投线仪安装在移动架移动架悬杆上；在移动架两侧的移动架支脚底部分别安装一个移动控制器；移动控制器控制移动架沿平行导轨匀速运动，并计算移动架移动的距离；

c.移动三维扫描仪，红外投线仪向被测物体投射一条红外线，同时三维扫描仪的两台工业相机对物体拍照，拍摄时缩小相机光圈，增强图像中所拍摄的线条的亮度；

d.将所拍图像传至服务器，服务器利用图像校正算法校正拍摄的立体图像；

e.服务器精确检测和匹配立体图像中的投影线，获取并计算所测量物体上所投红外线的三维数据；

f.根据三维扫描仪的移动距离，计算三维扫描仪的姿态，然后拼接三维投影线；假设运动距离向量为T，运动方向为R，T和R均可以利用张正友标定法计算；则可以利用公式(3)，将一条线的点集X拼接到全局坐标系：

X_g＝X·(RT)(3)

g.移动三维扫描仪，测量下一条投影线三维数据，重复所述步骤c-g，直到整个物体测量结束。

进一步的，所述步骤e的具体方法如下：

①.对于每条扫描线，在投影线和水平扫描线之间存在一个交点；使用一维DOG(Difference of Gaussian)算法平滑校正立体图像中的每条水平扫描线，从而获得一条光滑的扫描线，使交点从梯形变成了抛物线型；DOG算法公式为：

其中，σ₁设置为投影线的宽度，σ₂设置为投影线宽度的一半，高斯均值μ设置为1.6，exp表示指数函数；

②.针对每一对平滑校正过的水平扫描线，检测具有最大灰度值的峰值点，作为投影线的中心的初始值；