[发明专利]一种基于Kinect的产品外形检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Kinect的产品外形检测方法，尤其涉及基于Kinect的产品深度数据定位及改进型的迭代三维重建。

背景技术

随着工业4.0的提出和实施，制造业智能化、自动化已成为工业发展的大势所趋，对产品表面形貌高速、高精度的三维数据的获取已迫在眉睫。三维测量方法是支撑智能生产，实现人机互动，3D技术的关键技术之一，是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，它为智能化生产提供必需的三维数据。

国内外针对物体表面形貌的高速三维测量在理论和应用上做了一系列研究，通常分为接触式测量与非接触式测量。

接触式测量采用三坐标测量机等设备通过与物体表面接触获取表面的三维坐标，而非接触式测量主要通过激光、结构光等方式对物体表面轮廓进行扫描，获得表面的三维坐标信息，并且速度快、精度高。但是，通过三坐标测量机只能测量某一个物体，难以恢复一个范围不大的场景。因此，场景的测量及重建主要采用后一种方法，即非接触测量方法。

非接触式测量主要包括以下几种：

基于时间差的扫描方法。该方法原理就是通过发射一束激光照射物体表面，利用接受反射光线时间差来计算光源与物体之间的距离。这种方法测量距离远、精度高、速度快，但是，缺点也很明显，在测量较近距离时精度较低。

基于三角法的扫描方法。该方法与飞行时间测距法原理相似，该方法是利用激光源发射一束激光照射到被测物体表面时，形成一小光斑，通过漫反射后在光学检测器件上成像，当物体位置发生改变时，其所成的像在光学检测器件上也随之发生改变，根据其像点位置的变化和测量系统的结构参数可求出被测点的位移信息。由于入射光线和反射光线构成一个三角形，所以该方法被称为三角法。

基于相位测量的扫描方法。该方法的原理是利用光栅条纹投影到被测物体表面时条纹会发生形变的现象来测量物体的表面轮廓。相位测量法可分为三个阶段：第一阶段生成参考光栅，取一个参考平面，并向其投射光栅条纹，记录参考平面上的条纹形状，即拍摄参考光栅的图像；第二阶段生成形变光栅，将相同的光栅条纹投射到物体表面，记录物体表面发生形变的光栅条纹，即拍摄形变光栅的图像；第三阶段分析和重建，对比已记录的参考光栅和形变光栅的图像，分析两者之间的差异，该差异携带了物体的三维轮廓信息，据此可以计算物体表面的高度信息，进而重建物体的三维轮廓。相位测量法测量结果精度高、速度快，目前研究较多。

2009年微软公司率先推出了Kinect，首次提出了人机互动的理念。华硕公司也紧随其后，推出了Xtion 系列体感设备。相较于其它专业深度摄像机，Kinect具有成本低、容易配置等优点，在三维重建领域展现出可观的应用前景。

随着Kinect投放市场，微软研究院推出了Kinect Fusion项目，目的在于利用一台围绕物体移动的Kinect实时地三维重建。相比于简单的三维点云拼接，该项目支持GPU加速，快速便捷。另外，如果持续的对物体进行扫描，可以不断的提高重建的精度，导出更为准确的三维数据格式文件。Kinect Fusion可以用于工业设计、3D打印机、室内设计、游戏制作、城市规划等领域。

本文采用4个Kinect设备，获取流水线上待测产品的形貌信息，并进行相关处理，最后生成三维模型。这充分利用待测产品360度形貌信息，快速重建出三维模型，完成对产品合格与否的检测，节省了企业生产成本，提高了生产效率，为工业生产检测提供了新思路。

发明内容

本发明目的在于提出一种Kinect的产品外形检测方法，该方法主要是借助Kinect 深度传感设备来对流水线上的产品进行三维重建，再与预先设定的产品模型进行对比，得出是否合格的方法，该方法相较于传统的手工检测，极大地降低了生产成本，同时，又避免了人为原因的误捡。

本发明是这样来实现的，一种基于Kinect的产品外形检测方法，其测量系统包括：Kinect传感器、计算机、标定圆柱体；其特征测量方法为：标定圆柱与Kinect固定于实验台；Kinect传感器通过数据线连接计算机；Kinect与圆柱体同一水平高度；Kinect呈圆形环绕圆柱体。计算机ＶＳ开发平台、OpenNI采集系统、点云库处理系统。

本发明要做好如下工作：（1）基于圆柱体的Kinect标定方法；（2）Kinect点云数据采集与优化方法；（3）点云数据的匹配重构模型。

基于Kinect的产品外形检测方法，其特征是：相机标定、深度数据获取优化、三维重建。