[发明专利]一种三维弯管的视觉检测方法及系统

权利要求书

1.一种三维弯管的视觉检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、通过三维重建模块采集待测弯管的图像，进行三维重建得到单幅的弯管点云数据；

B、通过视觉定位模块对所述三维重建模块当前的空间位置和姿态进行视觉定位；

C、根据视觉定位结果对所述单幅的弯管点云数据进行融合，形成完整的弯管点云数据；

D、根据所述完整的弯管点云数据识别弯管的圆柱段和圆弧段；

E、根据弯管的圆柱段和圆弧段的识别结果，确定所述弯管的圆柱段和圆弧段的参数。

2.如权利要求1所述的三维弯管的视觉检测方法，其特征在于，步骤A中，所述三维重建模块为基于线结构光原理的三维重建模块，步骤A具体包括如下步骤：

A1、使用所述三维重建模块拍摄投射到弯管上的结构光条纹，对结构光条纹的条纹中心进行亚像素提取；

A2、根据线结构光的三角测量法，对提取到的像素位置进行三维重建，得到所述单幅的弯管点云数据。

3.如权利要求1或2所述的三维弯管的视觉检测方法，其特征在于，步骤B中，所述视觉定位模块为基于双目视觉定位原理的视觉定位模块。

4.如权利要求1至3任一项所述的三维弯管的视觉检测方法，其特征在于，步骤C中，根据所述三维重建模块当前的空间位置和姿态，对所述单幅的弯管点云数据进行平移和旋转，得到所述完整的弯管点云数据；

其中，对所述单幅的弯管点云数据进行所述平移和旋转使用如下转换关系：

P_w＝R_cw·P_c+T_cw (1)

其中P_w表示世界坐标系下的点云坐标，P_v表示三维重建模块坐标系下的点云坐标，R_vw表示从三维重建模块坐标系到世界坐标系下的旋转矩阵，T_cw表示从三维重建坐标系到世界坐标系下的平移矩阵。

5.如权利要求4所述的三维弯管的视觉检测方法，其特征在于，所述旋转矩阵R_cw和所述平移矩阵T_cw通过所述三维重建模块上的编码点在所述世界坐标系下的三维坐标P_codew和所述三维重建模块坐标系下的坐标P_codec确定；

其中，确定所述旋转矩阵R_cw和所述平移矩阵T_cw的过程包括：

对两组点坐标进行去中心化处理：

其中和分别是P_codew和P_codec的中心点坐标；

根据以下公式得到P_codew和P_codec去中心化后的坐标矩阵和

[U,S,V]＝svd(H) (7)

对H矩阵进行奇异值分解，得到左奇异矩阵U、右奇异矩阵V和奇异值矩阵S；

f＝[1,1,det(V·U^T)] (8)

m＝diag(f) (9)

R_cw＝V·m·U^T (10)

通过计算得到由三维重建模块自身坐标系到世界坐标系的旋转矩阵R_cw；

通过公式(11)计算出由所述三维重建模块坐标系到所述世界坐标系的平移矩阵T_cw。

6.如权利要求1至5任一项所述的三维弯管的视觉检测方法，其特征在于，步骤D中，根据所述完整的弯管点云数据，利用最小二乘法拟合计算判断弯管的圆柱段和圆弧段；和/或，根据点云的法向量方向特性对圆柱段的点云进行判断。

7.如权利要求1至6任一项所述的三维弯管的视觉检测方法，其特征在于，步骤E中，根据步骤D中的识别结果，使用最小二乘法和迭代优化的方法分别对弯管的圆柱段和圆弧段参数进行计算。