[发明专利]基于线性运动模组的单目视觉的尺寸测量方法

说明书

本发明提供了基于线性运动模组的单目视觉的尺寸测量方法，其通过线性运动模组和图像采集系统之间的配合，实现了工件的3D外形轮廓复原和尺寸测量，在保证测量效率的同时，显著降低了成本。将单目相机设置于线性运动模组的正上方，单目相机的选取镜头面域覆盖范围内线性运动模组的线性前进方向的不同位置两点分别拍摄工件在对应位置的两幅图像，之后根据两幅图像通过外接的处理器部分进行重构工件三维尺寸。

技术领域

本发明涉及三维测量的技术领域，具体为基于线性运动模组的单目视觉的尺寸测量方法。

背景技术

工件3D尺寸测量是机器视觉在工业领域的重要应用，目前使用的设备主要有线激光测量传感器、结构光测量传感器和双目视觉传感器。

其中，线激光传感器测量时每幅图像仅能获得工件的单一截面轮廓线，对于快速流水线上的工件，其在工件运动方向很难同时实现高精度的测量分辨率和测量速度；结构光测量传感器的标定过程复杂，测量过程需要工件静止不动，不适用于流水线工件测量，因此一般用于静止工件的测量；双目视觉传感器一次成像即可获得整个工件的3D轮廓，适合高速的流水线上的工件3D尺寸测量，但是其设备成本高昂。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了基于线性运动模组的单目视觉的尺寸测量方法，其通过线性运动模组和图像采集系统之间的配合，实现了工件的3D外形轮廓复原和尺寸测量，在保证测量效率的同时，显著降低了成本。

基于线性运动模组的单目视觉的尺寸测量方法，其特征在于，将单目相机设置于线性运动模组的正上方，单目相机的选取镜头面域覆盖范围内线性运动模组的线性前进方向的不同位置两点分别拍摄工件在对应位置的两幅图像，之后根据两幅图像通过外接的处理器部分进行重构工件三维尺寸，重构工件三维尺寸时，其包括如下步骤：

a根据单目相机的标定文件，对两幅图像做畸变校正；

b使用特征点匹配、相位匹配、区域匹配的成熟的图像处理算法匹配两幅图像中的工件，建立两幅图像像素之间的位置对应关系；

c根据两幅图像中工件的成像构建实际平面、单目相机光学孔径中心、成像平面所示的物像关系，分别求解工件表面不同特征点的三维空间坐标；

d根据步骤c中求得的点云数据重构工件的三维模型，并测量工件的三维尺寸。

其进一步特征在于：

工件置于线性运动模组上，并随线性运动模组做直线运动，当工件在第一位置处时，单目相机拍摄第一副图像，记为I₁；当工件运动至第二位置处时，单目相机拍摄第二幅图像，记为I₂；

步骤c中，所有图像的坐标系的原点为单目相机光学孔径中心垂直于成像平面的点，之后构建成像平面的XY坐标系，将工件表面的特征点R所对应于第一幅图像I₁的位置P₁(X₁,Y₁)、第二幅图像I₂位置坐标P₂(X₂,Y₂)提取出，同时通过线性运动模组上的位置编码器获得两幅图像之间所对应工件的实际运动长度L，获得单目相机光学孔径中心和成像平面的距离f，之后通过构建工件对应于第一幅图像I₁和第二幅图像I₂的成像光学图，第一幅图像I₁的位置P₁(X₁,Y₁)获得对应的第一光学成角θ₁，第二幅图像I₂的位置P₁(X₁,Y₁)获得对应的第二光学成角θ₂，之后利用三角函数关系获得单目相机光学孔径中心和特征点的实际垂直向距离H，H的表达式如下，