[发明专利]一种大型复合板材几何参数视觉测量方法

摘要

本发明一种大型复合板材几何参数视觉测量方法属于视觉测量领域，涉及一种大型复合板材几何参数视觉测量方法，该方法可以现对大型复合板材的现场快速三维重建以及几何参数测量。该方法采用双目视觉测量系统、激光跟踪仪系统及室内蓝牙定位系统进行测量，在被测量的复合板材上布置特征点，在这些特征点上粘贴反射标靶；搭建双目视觉测量系统，双目视觉测量系统由左、右两台相机、连续型线激光器及自动位置控制平台构成；布置激光跟踪仪系统，安装室内蓝牙定位系统，完成测量工作。该方法可以快速精确地实现对大型复合板材的视觉标定工作，提高了相邻图像拼接的精度，进而从整体上提高了数据测量精度，改良了传统测量方法低效率、低精度、低稳定性的缺点。

主权项

一种大型复合板材几何参数视觉测量的方法，其特征是，该方法采用双目视觉测量系统、激光跟踪仪系统及室内蓝牙定位系统进行测量；方法的具体实现过程如下：首先，在被测量的复合板材(10)上布置特征点，在这些特征点上粘贴反射标靶(9)；然后，搭建双目视觉测量系统，双目视觉测量系统由左、右两台相机(8、4)、连续型线激光器(6)及自动位置控制平台(7)构成；将可旋转的自动控制平台(7)放置在被测量的复合板材(10)前面合适位置上；将左、右相机(8、4)分别安装在自动控制平台(7)的两侧，将连续型线激光器(6)安装在自动控制平台(7)上，在左、右相机(8、4)中间，连续型线激光器(6)由激光发射器以及功率控制器构成，通过调节功率的大小发射出亮度可调的激光光束；最后，布置激光跟踪仪系统，激光跟踪仪系统由激光跟踪仪(2)和安装在复合板材(10)上的反射标靶(9)及计算机控制器(3)组成，用于实现距离测量；安装室内蓝牙定位系统，室内蓝牙定位系统是由蓝牙信号发射装置(5)和三个蓝牙信号接收装置(1)构成；蓝牙信号发射装置(5)安装在自动控制平台(7)上，在连续型线激光器(2)的后侧，蓝牙信号接收装置(1)有三个分别安装在室内空间三个不共线的位置点，通过蓝牙信号接收装置(1)接收蓝牙信号，根据接收蓝牙信号的强弱，将信息反馈至计算机，通过三角定位原理可以将蓝牙信号发射装置(5)的位置信息显示出来，实现对左相机(8)以及右相机(4)的定位，准确得到相机的位置信息，根据相机位移信息，完成相邻拍摄图像的拼接工作；测量方法的具体步骤如下：1)利用左、右相机(8、4)从两个不同视角对在被测量的复合板材(10)进行拍摄，获取复合板材的图像信息，根据二维图像信息得到特征点的像素坐标[u v]^T；再对大型复合板材(10)表面进行扫描，得到的每张图像中均有激光光条，采用Hough变换的方法来提取光条的边缘，也就是在像素坐标系下，设光条边缘的参数直线方程为ρ＝u_icosθ+v_isinθ            (1)其中，ρ为坐标原点与直线的距离，θ为直线与u轴夹角；将图像坐标系中每个像素点[u_i v_i]^T带入公式(1)中分别构成一条曲线，其曲线交点为(ρ,θ)，则可得出空间直线的参数为：k＝‑cotθ             (2)b＝ρ/sinθ           (3)进而可得到光条两边缘的直线方程：y＝x(‑cotθ_l)+ρ_l/sinθ_l         (4)y＝x(‑cotθ_r)+ρ_r/sinθ_r          (5)其中，(ρ_l,θ_l)为左边缘直线方程的对应参数，(ρ_r,θ_r)为右边缘直线方程的对应参数；由于光条边缘直线近似平行，故光条宽度D可采用两平行直线间距离公式进行计算：k＝‑(cotθ_l+cotθ_r)/2           (6)$D=\frac{|{\mathrm{\ρ}}_l/\sin {\mathrm{\θ}}_l-{\mathrm{\ρ}}_l/\sin {\mathrm{\θ}}_l}{\sqrt{1+k^2}}---\left(7\right)$其中，k为平均斜率，用于计算两平行线间距离；采用结构相似度图像质量评价模型：SSIM(x,y)＝[l(x,y)]^α[c(x,y)]^β[s(x,y)]^γ         (8)对左、右图像进行评价，若满足结构光提取阈值，可直接根据边缘直线方程，采用几何中心法确定光条中心；故光条中心直线方程可联立两边缘直线方程求取角平分线来获得；将激光光条信息提取出来；2)用激光跟踪仪系统测量复合板材(10)上特征点的空间三维坐标[X_W Y_W Z_W]^T，再结合二维像素坐标[u v]^T，根据摄像机针孔成像模型，得到下面的等式：$s\left[\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right]=A\left[\begin{array}{cc}R& t\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_W\\ Y_W\\ Z_W\\ 1\end{array}\right]=A\left[\begin{array}{cccc}{r}_1& r_2& r_3& t\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_W\\ Y_W\\ Z_W\\ 1\end{array}\right]---\left(9\right)$求解出相机内参数矩阵A和外参数矩阵[R t]，从而快速实现相机参数标定；3)通过蓝牙信号接收装置(1)接收蓝牙信号，根据接收蓝牙信号的强弱，将信息反馈至计算机，通过三角定位原理可以将蓝牙信号发射装置(5)的位置信息显示出来，实现对左相机(8)以及右相机(4)的定位，准确得到相机的位置信息，根据相机位移信息，完成相邻拍摄图像的拼接工作；4)在完成视觉标定以及图像拼接和光条提取工作后，根据下述方程(10)、(11)联立求解：S₁^TM₁x＝0          (10)S₂^TM₂x＝0          (11)其中，S₁^T和S₂^T代表同一直线在左右相机拍摄图像中的中的直线方程，M₁和M₂代表左右相机的内外参数矩阵相乘得到的投影矩阵；得到图像上直线在空间中的对应位置，将大型复合板材(10)的边缘通过这种方式重建出来，就得到大型复合板材(10)的几何尺寸信息，从而完成测量。