[发明专利]基于视觉跟踪的车体自动化测量装置及其测量方法

权利要求书

1.基于视觉跟踪的车体自动化测量装置，其特征在于，该测量装置包括高精度双目视觉测量系统、导轨移动控制系统、摄影测量相机跟踪系统和机器人，所述高精度双目视觉测量系统用于采集车体上600mm×800mm范围内的高精度点云和高分辨率图像数据；所述导轨移动控制系统位于车体的侧面，其用于精确控制所述机器人沿车体纵向的行程；所述机器人安装在导轨移动控制系统的导轨上，机器人用于夹持所述高精度双目视觉测量系统并控制其移动到不同位置进行测量，扩展高精度双目视觉测量系统的扫描视野；所述摄影测量相机跟踪系统安装在车体上方，其用于建立全局测量控制网络，并实时跟踪机器人末端夹持的高精度双目视觉测量系统在测量坐标系中的位置，使机器人的各测量站位合并到一个坐标系下，进而实现大量点云的拼接。

2.如权利要求1所述的基于视觉跟踪的车体自动化测量装置，其特征在于，所述摄影测量相机跟踪系统包括：两个工业相机、伺服模组、闪光灯、贴在所述高精度双目视觉测量系统的双目视觉扫描仪上的靶标、地面上的靶标和计算机；伺服模组用于带动两个工业相机移动，扩大监控的范围；闪光灯用于点亮靶标，提高靶标的识别精度；贴在所述高精度双目视觉测量系统的双目视觉扫描仪上的靶标用于建立两个工业相机和双目视觉扫描仪之间的空间关系，地面上的靶标用于确定固定不动的世界坐标系，实时定位伺服模组上的两个工业相机在世界坐标系中的位置；计算机内的跟踪计算软件控制两个工业相机和伺服模组采集位置数据，确定贴在双目视觉扫描仪上的靶标在世界坐标系中的位置。

3.如权利要求2所述的基于视觉跟踪的车体自动化测量装置，其特征在于，所述伺服模组在位置1时，两个工业相机拍摄地面上的靶标，跟踪计算软件计算出地面上各个靶标的编号在两个工业相机中的三维坐标X1；伺服模组在位置2时，两个工业相机拍摄地面上的靶标，跟踪计算软件计算出地面各个靶标的编号在两个工业相机中的三维坐标X2，根据同名的靶标坐标计算出伺服模组在位置1和位置2时两个工业相机之间的空间变换关系M12；伺服模组在位置3时，两个工业相机拍摄地面上的靶标，跟踪计算软件计算出地面各个靶标的编号在两个工业相机中的三维坐标X3，根据同名的靶标坐标计算出伺服模组在位置2和位置3时两个工业相机之间的空间变换关系M23；以此类推即可计算出所有检测位置之间的空间变换关系。

4.基于上述任一项权利要求所述的基于视觉跟踪的车体自动化测量装置的测量方法，其特征在于，该测量方法包括如下步骤：

步骤一、导轨移动控制系统精确控制机器人沿导轨行走，每到一个测量站位，导轨移动控制系统的走行系统停止，机器人通过夹持的高精度双目视觉测量系统对车体进行测量，实现对车体的完整性覆盖测量，并使相邻测量区域之间有部分重合；

步骤二、摄影测量相机跟踪系统跟踪机器人夹持的高精度双目视觉测量系统，记录每个站位的高精度双目视觉测量系统在摄影测量相机跟踪系统下的坐标；

步骤三、机器人运动过程中，高精度双目视觉测量系统会采集机器人每个姿态下车体表面的三维形貌数据；

步骤四、车体表面的三维形貌数据采集完毕后，通过摄影测量相机跟踪系统采集高精度双目视觉测量系统在各站位的空间位置数据，将各站位的测量数据统一到同一个摄影测量世界坐标系下，摄影测量相机跟踪系统的跟踪计算软件将采集到的数据进行数据拼接，将所有测量位置的点云拼接为一个完整的车体表面三维点云；

步骤五、跟踪计算软件根据车体设置的不同感兴趣区域切割出车体边缘和窗户边缘的点云，然后对这些点云进行拟合，即可得到直线段，再根据直线段的尺寸，计算出车体的长度、宽度、窗口的尺寸，并生成测量报告。

5.如权利要求4所述的基于视觉跟踪的车体自动化测量方法，其特征在于，步骤四所述通过摄影测量相机跟踪系统采集高精度双目视觉测量系统在各站位的空间位置数据，将各站位的测量数据统一到同一个摄影测量世界坐标系下的过程是：

摄影测量相机跟踪系统的伺服模组在位置1时，机器人夹持高精度双目视觉测量系统的双目视觉扫描仪进行测量，此时，摄影测量相机跟踪系统的跟踪计算软件计算出贴在双目视觉扫描仪上的靶标与摄影测量世界坐标系之间的空间变换关系K1；当机器人每移动位置i时，i为大于零的自然数，计算出空间变换关系Ki，双目视觉扫描仪测量的点云为Si，根据P1＝Ki×Si将点云变换到共同的摄影测量世界坐标系中；

摄影测量相机跟踪系统的伺服模组在位置2时，机器人夹持高精度双目视觉测量系统的双目视觉扫描仪进行测量，此时，摄影测量相机跟踪系统的跟踪计算软件计算出贴在双目视觉扫描仪上的靶标与摄影测量世界坐标系之间的空间变换关系K2；当机器人每移动位置j时，j为大于零的自然数，计算出空间变换关系Kj，双目视觉扫描仪测量的点云为Sj，根据P2＝Kj×Sj将点云变换到共同的摄影测量世界坐标系中；

根据伺服模组在位置1和位置2时摄影测量相机跟踪系统的两个工业相机之间的空间变换关系M12，将伺服模组在位置2时测量的点云变换到伺服模组在位置1时的坐标系中，实现多个位置的点云统一。