[发明专利]一种基于多线结构光的深孔内表面图像几何畸变校正方法

说明书

本发明公开了一种基于多线结构光的深孔内表面图像几何畸变校正方法，包括以下步骤：步骤一，建立深孔内表面模型和与之对应的深孔内表面展开模型；步骤二，获取针对深孔内表面模型的曲面采集图像和针对深孔内表面展开模型的平面采集图像；步骤三，设计高斯结构光点阵图案；步骤四，对同一行或列的高斯点继续插值；步骤五，依托高斯结构光点阵图案扫描深孔内表面获取的曲面采集图像和平面采集图像中对应高斯结构光点之间的图像位置以及形变关系，对图像畸变进行矫正；本发明的基于多线结构光的深孔内表面图像几何畸变校正方法，可用于常见的深孔类零部件内表面的采集图像的几何畸变的校正，其计算简单、精度高、采用非接触式扫描且适用范围广。

技术领域

本发明涉及一种基于多线结构光的深孔内表面图像几何畸变校正方法，属于数字图像处理和机器视觉技术领域。

背景技术

深孔类零部件作为现代工业制造领域的重要组成部分，广泛应用于油气管道、火炮身管等部件的生产过程中。为此，定期对使用过程中的深孔类零部件进行检测，变得十分必要，而其中最重要的检测内容就是针对深孔内表面几何形状的三维检测。目前针对深孔类零部件内表面的检测主要是将针对被测物体外表面检测的相关方法加以改造、应用，其中应用最为广泛的就是基于结构光的光学检测方法。该方法按照光源不同可分为结构光投影法和激光投射法；考虑到深孔类零部件内表面有限的物理空间，结构光激光检测设备更容易进行整合、压缩，更适合在深孔内部进行三维检测。

基于结构光激光的检测方法就是通过投射线结构光激光条纹到被测物体表面，利用相机采集因被测物体表面几何形状调制而变形的结构光条纹，分析条纹变形程度与被测物体表面几何形状之间的相互关系，反求出被测物体表面几何形状的变化物理信息，最终完成针对工业上深孔类零部件的尺寸测量和三维形貌恢复。

但目前，结构光针对深孔内表面几何形状进行检测的过程中，主要是在不考虑深孔内表面弧度、凹槽深度变化等误差因素的基础上，通过计算调制后折断条纹之间的垂直图像距离，进而推导出实际几何形状的深度信息。然而在实际针对深孔内表面进行检测的过程中，CCD相机采集到的经内表面调制后的结构光图像恰恰因为上述误差因素存在不同程度的几何错位。存在几何错位的主要表现有：一是因未深孔内表面弧度特性，导致图像中结构光条纹被调制后呈现弯曲形态，直接导致到针对条纹的线性拟合，结果出现偏差；二是受限于深孔内部的有限空间，导致结构光投射设备难以将激光垂直投射到深孔内表面；三是深孔内表面几何形状的分布特点，为尽可能清晰展现这些几何形状的相关细节信息，导致结构光需要以一定角度斜着投射进来，但这也造成了图像中条纹呈现扩散现象；四是随着相机视野、内表面弧度以及凹槽深度的不断扩大，采集图像存在的畸变越大，针对内表面几何参数的测量精度越低。为进一步提高结构光检测的精度，针对深孔类零部件内表面的结构光图像存在的几何畸变进行校正，越来越引起人们的重视和参与。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于多线结构光的深孔内表面图像几何畸变校正方法，可应用于常见的多种类型的深孔类零部件内表面的采集图像存在的几何畸变的校正，其计算简单、精度高、采用非接触式扫描且适用范围广。

本发明的基于多线结构光的深孔内表面图像几何畸变校正方法，包括以下步骤：

步骤一，建立深孔内表面模型和与之对应的深孔内表面展开模型；

步骤二，获取针对深孔内表面模型的曲面采集图像和针对深孔内表面展开模型的平面采集图像；

步骤三，设计高斯结构光点阵图案；

步骤四，对同一行或列的高斯点继续插值；

步骤五，依托高斯结构光点阵图案扫描深孔内表面获取的曲面采集图像和平面采集图像中对应高斯结构光点之间的图像位置以及形变关系，对图像畸变进行矫正。

进一步地，所述步骤一其具体操作方法如下：针对常见深孔类零部件，采用3D MAX软件建立其深孔内表面模型(DIM模型)；然后建立与之对应的深孔内表面展开模型。