[发明专利]一种基于特征拟合的钣金件矩形轮廓三维测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于特征拟合的钣金件矩形轮廓三维测量方法及系统，属于三维测量领域。本发明基于钣金件图像实现轮廓初步提取，检测出矩形轮廓，进行近似四边形拟合；进行亚像素轮廓提取，实现对应点匹配，重建出三维点云；构建基于迭代旋转的三维矩形投影拟合模型，计算出三维矩形参数。相对于传统的基于结构光进行三维点云重建后拟合矩形的方法，能够减小轮廓边缘部分由于光照变化、图像噪声等影响导致重建错误的问题，提高轮廓点云重建精度，实现轮廓的自动识别与精准参数获取，保证钣金件轮廓三维测量的准确性。

技术领域

本发明属于三维测量领域，更具体地，涉及一种基于特征拟合的钣金件矩形轮廓三维测量法及系统。

背景技术

钣金件在航空航天、汽车制造等领域拥有广泛的应用，年销售额数量级为千亿元，市场应用范围广。钣金件中存在大量的直线、圆孔、长方形等加工轮廓，用以实现定位、连接等功能，其加工精度决定着钣金件的实际使用性能和安全性能，需要进行三维测量以进行保证。

现有的钣金件三维测量方法主要包括接触式和非接触式两种。其中，接触式三维测量设备包括游标卡尺、样板、三坐标测量机等，精度高但效率低，难以满足生成效率。非接触式三维测量设备包括非量测数字摄像机、激光雷达、结构光三维测量等，测量速度快，但在针对加工轮廓进行测量时受轮廓周围区域局部反射、图像噪声等因素，难以保证轮廓的测量精度。

采用双目视觉直接提取轮廓后进行三维重建可以一定程度提升精度，但仍存在一些问题亟待解决。一是钣金件中存在大量不同类型的加工轮廓，如何识别提取出对应轮廓进行处理重建是一个难题；二是重建完成对应点云后如何拟合出轮廓，得出相应参数与标准值进行比较检测加工误差。

钣金件中存在的轮廓类型主要有圆孔、直线、矩形等，其中圆孔和直线数学模型简单，可以很好的进行轮廓识别和拟合，但针对矩形轮廓的识别和三维拟合，目前尚未有很好的解决办法。

为此，亟需一种高精度矩形轮廓三维重建和数据分析的方法，保证钣金件的矩形轮廓检测精度，帮助提升钣金件的安全性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于特征拟合的钣金件矩形轮廓三维测量方法及系统，由此解决现有的结构光等三维测量方法难以保证矩形轮廓点云重建精度和数据处理稳定性的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于特征拟合的钣金件矩形轮廓三维测量方法，包括：

S1.对左右相机预处理后的钣金件图像进行canny边缘检测，获得初步的边缘，进行轮廓提取和识别，得到平行四边形轮廓；

S2.对所述平行四边形轮廓的四条边进行拟合，得到拟合四边形轮廓；

S3.对所述四边形轮廓进行整体匹配，然后对匹配轮廓进行对应点匹配，实现三维重建；

S4.对重建出的轮廓点云进行三维矩形拟合，获取矩形中心点、长宽方向及尺寸；若为圆角矩形，额外进行圆角拟合；否则，不进行拟合。

优选地，所述进行轮廓提取和识别，具体为：

S11.遍历初步的边缘，对边缘进行轮廓提取；

S12.计算当前边缘轮廓内外灰度值比例，判断是否满足设定阈值要求，若满足，进入步骤S13；否则，返回步骤S11；

S13.拟合当前边缘轮廓的最接近多边形，如果得到的多边形边数为4，则认为这个轮廓有可能是平行四边形，进入步骤S14；否则，返回步骤S11；

S14.对拟合的四边形进行平行四边形判断，计算两对相对边的平行度以及轮廓长度与平行四边形长度的比，若平行度和长度比在预设范围内，则判断当前边缘轮廓是平行四边形；否则，放弃该轮廓。

优选地，所述对所述平行四边形轮廓的四条边进行拟合，具体为：