[发明专利]一种基于激光扫描的焊缝形状的特征提取与三维重建方法

说明书

一种基于激光扫描的焊缝形状的特征提取与三维重建方法，属于图像识别领域。现有的外观检测方法在图像分析过程存在丢失信息的问题，难以确保焊接的准确性与效率的问题。一种基于激光扫描的焊缝形状的特征提取与三维重建方法，根据激光扫描的原理、光学三角法原理设计光学结构系统，通过几何关系计算焊缝水平和垂直位置的变化信息；通过焊缝识别算法，预处理以及对预处理后的焊缝图像进行特征点的识别；根据焊缝图像中心点的位置变化推导出实际焊缝中心点的偏差，通过对识别到的图像点云数据进行三维重建，还原出焊接后的整体三维图像。本发明具有识别准确性高以及识别效率高的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于激光扫描的焊缝形状的特征提取与三维重建方法。

背景技术

目前，多数企业在上车过程中都会涉及到焊接技术，在实际加工中，由于受加工精度、焊接热变形等影响，焊缝的外观常出现各种缺陷。焊缝的外观质量直接影响焊接产品的可靠性，焊后对焊缝的外观检测是提高与保证焊接成形质量的一种有效手段，并且传统方法使用二维图像进行分析，会丢失许多用用价值的信息，例如宽、高、距离等信息，因而很难确保焊接的准确性与效率。

而三维重建技术则可以解决这类问题，并且结合单目视觉具有非接触、快速、实时性等优点，为焊缝外观检测提供了技术支持。本发明根据上述情况以及三维重建技术进行了焊缝的识别以及重建技术的设计。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的外观检测方法在图像分析过程存在丢失信息的问题，导致出现难以确保焊接的准确性与效率的问题，而提出一种基于激光扫描的焊缝形状的特征提取与三维重建方法。

一种基于激光扫描的焊缝形状的特征提取与三维重建方法，所述的方法首先根据激光扫描的原理、光学三角法原理设计光学结构系统，通过几何关系计算焊缝水平和垂直位置的变化信息；其中，整个系统主要由摄像头和工控机构成，采用CCD摄像头进行焊缝图像的采集，以J1900工控机为处理单元，通过调试，给出图像采集与显示的效果；然后，通过焊缝识别算法，对得到的原始图像进行数字形态的滤波、去噪等预处理工作，对预处理后的焊缝图像进行特征点的识别；最后，根据焊缝图像中心点的位置变化推导出实际焊缝中心点的偏差，通过对识别到的图像点云数据进行三维重建，还原出焊接后的整体三维图像；

优选地，所述的特征提取与三维重建方法包括以下步骤：

步骤一、获取焊缝图像，通过视觉系统标定建立模型，将焊缝图像中焊缝在结构光条纹的图像坐标系下的图像坐标转化为摄像机坐标，并转化到基于机器人基坐标系下的坐标；

步骤二、图像预处理；

步骤三、采用Harris角点检测算法进行特征点提取；

步骤四、使用贪婪投影三角化算法进行三角化处理，实现焊缝图像的三维重建过程。

优选地，所述的特征提取与三维重建方法中，步骤一的具体过程为：

所述的视觉系统标定包括摄像机标定、线结构光平面的标定和手眼标定三部分；

摄像机标定包括两部分：内参的标定和外参的标定；内参的标定，是指摄像机的焦距、畸变系数、中心点的标定；外参的标定，是指摄像机坐标系与世界坐标系的旋转变换矩阵与移动矩阵的转换关系；

摄像机标定方法有两种：传统的相机标定和自标定，自标定无需标定，被广泛应用于手眼标定中，只需通过从各个角度和方向拍摄多幅图像就可实现；

结构光平面的标定，通过摄像机标定之后，并利用多个特征点求得线结构光平面。

优选地，所述的特征提取与三维重建方法中，步骤一的图像预处理具体过程为：

第一，图像去燥，有效去除焊缝图像中的各种噪声和干扰；第二，图像二值化，使图像中焊缝信息与背景信息分开，提高对比度，突出焊缝信息；第三，焊缝边缘检测，其目的进行图像分割，把焊缝横截面轮廓的重要信息提取出来；

优选地，步骤三的特征点提取的过程为把V型坡口焊缝的最低点作为特征点，提取特征点；

具体为：