[发明专利]一种基于ZYNQ平台的三维形貌测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于ZYNQ平台的三维形貌测量系统及方法，将Linux系统移植到ZYNQ平台，该系统包括设置于ZYNQ板上的图像采集模块(100)、系统标定模块(200)、图像预处理模块(300)、光条中心提取模块(400)和点云数据拼接融合模块(500)。对采集图像分别进行预处理和光条中心，对采集的图像数据、系统参数进行点云数据融合与分析，以重建物体表面的三维形貌。本发明(1)解决了原有三维形貌测量系统体积与功耗较大，无法测量质量较大、无法移动的物体这项问题，具有小型化、便携化和可移植等优点；(2)在ZYNQ平台上实现，移植了Linux系统且集成了FPGA和双核ARM处理器，实现数据并行处理，大大提高工作效率。

技术领域

本发明涉及三维形貌测量技术，尤其涉及一种基于ZYNQ平台的三维形貌测量系统及方法。

背景技术

三维形貌测量技术的发展始于20世纪60年代中期出现的三坐标测量仪器。因其测量速度快、效率高且易于自动化等优点，被普遍应用于工业领域。非接触测量式三维形貌测量可以在不与物体表面接触的情况下，使用光电传感器等器件获取物体表面形貌数据，在汽车轮船制造、航空航天、模具制造等表面难以直接测量的领域有重要的应用。

ZYNQ是Xilinx公司推出的一种嵌入式应用，也是一种可扩展处理平台。它集成FPGA和双核ARM Cortex-A9处理器，具有FPGA并行处理和硬件可扩展的优势，还具有成熟的ARM开发、丰富的接口、便捷的控制以及通过片上总线协议实现交互的特点。ZYNQ平台连接摄像头后，可以进行实时视觉图像采集和处理控制，将计算机技术、电子技术等方面结合，因其功能强、功耗低、可靠便携和编程简单等特点，在非接触式三维形貌测量方面有重要的研究与应用价值。

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明提出一种基于ZYNQ平台的三维形貌测量系统及方法，将Linux系统移植到ZYNQ平台，基于ZYNQ实现了基于光学原理的三维形貌测量系统及方法。

本发明的一种基于ZYNQ平台的三维形貌测量系统，将Linux系统移植到ZYNQ平台，该系统包括设置于ZYNQ板上的图像采集模块100、系统标定模块200、图像预处理模块300、光条中心提取模块400和点云数据拼接融合模块500；其中：

所述图像采集模块(100)通过相机扫描被测物体的光平面获取被测物体表面轮廓的信息；所述系统标定模块(200)用于标定系统参数，包括相机标定、光平面标定、双相机联合标定；经所述系统标定模块(200)得到的系统参数，分别传送至所述图像预处理模块(300)和所述光条中心提取模块(400)；所述图像预处理模块(300)用于消除图像中干扰信息，包括图像滤波与边缘检测；所述光条中心提取模块(400)用于通过设计改进型的灰度重心法来细化光条在垂直于光平面方向上的的灰度重心，得到光条中心点位置；该算法具体过程如下：

设输入的光条图像上第i行上光条占用了n个像素点，在这n个像素点中，像素点的列最大值为max，最小列值为min，图像中第u行v列的像素点的灰度值用f(u,v)来表示，则区域中心的公式如下：

改进型的灰度重心法提取的是光条所占用的第u行上v∈(min,max)区域内的能量中心，进而得到被测物体坐标；所述点云数据拼接融合模块(500)用于对上述采集图像、系统参数、光条中心位置进行融合与数据分析，完成三维形貌重建。

本发明的一种基于ZYNQ平台的三维形貌测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1、将Linux系统移植到ZYNQ平台，并在该系统中调用OpenCV库中的函数编写三维形貌测量系统程序，保证该程序在ZYNQ板上有一个运行的系统环境；

步骤S2、系统移植成功后，进行图像采集，包括光投影、相机参数设定；