[发明专利]灰度图像耦合特征点高度的构件三维测量方法

说明书

一种灰度图像耦合特征点高度的构件三维测量方法，是拍摄构件表面图像，经灰度化得到灰度矩阵，再通过结构光三角测量方法测量构件表面特定点的高度值，将构件表面分成若干区域，取一个区域内特定点高度值与灰度图像对应点的灰度值耦合，得到该区域高度值与灰度值间的拟合关系式，结合区域内所有点的灰度值计算出所有点的高度值，拟合得到该区域的表面三维轮廓，重复上述步骤获得所有区域的表面三维轮廓，整合后得到待测构件表面的三维图像。本发明仅需固定位置两次成像，基于灰度图像纹理信息，并耦合特征点高度信息，即可实现工业构件表面三维轮廓的快速测量。

技术领域

本发明属于工业构件三维测量技术领域。具体涉及一种采用灰度图像拟合特定点高度信息，对工业构件表面进行精确三维测量的方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展与进步，在电子装配、车船制造、航空航天、军事国防等行业和领域中，生产制造与工程测量都对三维测量提出了明确要求。例如在3D打印、工业结构件逆向设计和加工中，需要对构件的三维形状、表面粗糙度、纹理等进行精确测量。

三维测量方法包括接触式测量和非接触式测量。其中，基于光电技术的非接触式测量方法结合了光电子学、数字图像处理等技术，具备检测方便、精度较高等优点。目前，双目机器视觉方法和三维激光扫描方法在工业中得到重视。三维激光扫描方法是通过激光高速扫描记录物体表面信息，提供被测物体表面的三维点云数据。双目机器视觉方法则由不同位置的两台摄像机同时拍摄同一场景，获取在不同视角下的感知图像，基于三角测量原理得到空间三维坐标值。

三维激光扫描方法要求激光扫描通过整个被测试件表面，移动过程易于造成测量误差且耗时较长。而双目机器视觉方法对被测表面的特征点匹配提出了较高要求，测量精度与被测量物体表面状态密切相关，而且双摄像装置使得测量设备体积较大，给工业应用带来不便。

除此之外，还可以在没有附加结构光源的情况下，利用单目相机采集物体表面图像，通过图像灰度化去噪等处理，利用图像二维灰度值来对物体的三维信息等进行识别。但利用灰度值对待测构件特征点进行判断时，灰度值容易受到环境光源影响，导致特征点判断出现误差，不能获得物体表面的精确尺寸。

CN 107631699A公开了一种基于网格结构激光的焊缝三维形貌构建方法，将网格结构激光和工业相机以固定角度组成形状测量传感器，网格结构激光发出的网格状线结构光在待测构件表面形成网格状光斑，被构件表面反射或散射进入工业相机成像，将图像处理成垂直于焊缝纵方向的骨架图像，计算出焊缝表面各点距离网格结构激光出射面的绝对高度，根据绝对高度值数据构建出焊缝表面轮廓。

但是，上述方法只能测量出焊缝表面网格结构激光投射出的网格状光斑上各点的绝对高度值，而网格间隙处的高度值无法获取，不能全面体现出焊缝表面的三维轮廓信息。

因此，本发明拟采用灰度图像拟合特定点高度信息，提出一种工业构件三维形貌的快速测量方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种灰度图像耦合特征点高度的构件三维测量方法，该方法采用单摄像镜头连续两次拍摄，基于灰度图像纹理信息，并耦合特征点高度信息，实现工业构件三维尺寸的快速测量。

本发明所述的灰度图像耦合特征点高度的构件三维测量方法是基于一个形状测量传感器实现的。所述形状测量传感器由一个网格结构激光器和一个CMOS工业相机成固定夹角连接组成，所述网格结构激光器能够投射出由m×n条线激光垂直排列组成的， (m-1)×(n-1)个网格构成的网格激光线。

首先，以与网格结构激光器成固定夹角连接的CMOS工业相机对从网格结构激光器投射出的、照射在待测构件表面的网格激光线进行拍摄，得到待测构件表面的激光网格图像。