[发明专利]一种测量动态回转体椭圆度的方法

摘要

本发明公开了一种测量动态回转体椭圆度的方法，采用测量动态回转体椭圆度的装置，测量动态回转体椭圆度的装置包括特征光源、第一摄像机、第一光源、第二光源、第二摄像机和计算机，特征光源照射回转体并在回转体上形成光斑，第一摄像机和第二摄像机分别位于特征光源的两侧并朝向回转体，光斑位于第一摄像机和第二摄像机的拍摄范围内，第一摄像机和第二摄像机均连接计算机。本发明的测量动态回转体椭圆度的方法采用摄像采集设备，可重复性好；和激光测距相比，成本较低，且精度较高。

主权项

一种测量动态回转体椭圆度的方法，采用测量动态回转体椭圆度的装置，所述测量动态回转体椭圆度的装置包括特征光源(1)、第一摄像机(2)、第二摄像机(6)和计算机(7)，所述特征光源(1)照射回转体(4)并在所述回转体(4)上形成光斑，所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)分别位于所述特征光源(1)的两侧并朝向所述回转体(4)，所述光斑位于所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)的拍摄范围内，所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)均连接所述计算机(7)，还包括第一光源(3)和第二光源(5)，所述第一光源(3)设置在所述第一摄像机(2)的侧面，所述第二光源(5)设置在所述第二摄像机(6)的侧面，包括以下步骤：1)、利用特征光源(1)制作光斑，2)、对所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)进行调焦；3)、对所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)进行标定，通过标定得到所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)的参数，所述参数包括第一摄像机(2)和第二摄像机(6)的外部参数以及第一摄像机(2)和第二摄像机(6)的内部参数；4)、利用所述计算机(7)控制所述第一摄像机(2)和第二摄像机(6)同时对所述光斑进行采图，其中，第一摄像机(2)的图像为参考图像，第二摄像机(6)的图像为目标图像；5)、在第一摄像机(2)的图像中选取计算区域S1，计算区域S1为参考图像子区，在第二摄像机(6)的图像上建立搜索区域S2，搜索区域S2为目标图像子区，目标图像子区包含变形后的参考图像子区；6)、获取目标图像子区和参考图像子区中的点的灰度值；7)、构建形函数，确定参考图像子区与目标图像子区中对应点的位置关系，其中，(x1,y1)为参考图像子区中任意像素点的坐标，(x2,y2)为目标图像子区中与像素点(x1,y1)相对应的像素点的坐标，存在一组映射关系χ使得下式成立：χ(x1,y1)→(x2,y2)f(x1,y1)＝g(x2,y2)其中，f(x1,y1)表示像素点(x1,y1)处的图像亮度，g(x2,y2)表示像素点(x2,y2)处的图像亮度，映射关系χ即为形函数；其中，形函数χ由下式表示：x2=x1+u′(x′,y′)+∂u′∂x1|x′,y′(x1-x′)+∂u′∂y1|x′,y′(y1-y′)]]>y2=y1+v′(x′,y′)+∂v′∂x1|x′,y′(x1-x′)+∂v′∂y1|x′,y′(y1-y′)]]>其中，u和v分别为变形引起的x和y方向的位移，(x',y')为参考图像子区的中心位置坐标，为变形在x1和y1方向上产生的一阶位移梯度；8)、将步骤7)的形函数参数化，并用向量P'表示，P′=(u′,v′,∂u′,∂x1,∂v′∂x1,∂u′∂y1,∂v′∂y1),]]>定义相关函数ρ*'，所述相关函数ρ*'为基于核函数的相关函数，其中，ρ*′=cΣsp′∈S1k(||f(sp′)-g(sp′,P′)h||2)]]>其中，c为归一化常数，k(.)为核函数，h为核函数的带宽控制参数，sp'为参考图像子区中的一个像素点，f(sp')为参考图像子区中像素点sp'处的图像亮度，g(sp',P')为目标图像子区中与像素点sp'相对应的像素点处的图像亮度；9)、设定向量的初始值P0'，并设定最大迭代次数n，10)、将P0'代入迭代等式：P1′=P0′-▿ρ*′(P0′)▿▿ρ*′(P0′)]]>式中，P0'为变形参数初值，▽ρ*'和▽▽ρ*'是相关函数ρ*'的一阶梯度和Hessian矩阵，其中▽ρ*'和▽▽ρ*'的公式如下：▿ρ*′=-2Σsp′∈S1f2(sp2){Σsp′∈S1[f(sp′)-g(sp′,P′)]∂g(sp′,P′)∂Pi′}i=1,...,6]]>▿▿ρ*′=2Σsp′∈S1f2(sp′){Σsp′∈S1∂g(sp′,P′)∂Pi′∂g(sp′,P′)∂Pj′}i=1,...,6j=1,...,6;]]>式中，Pi'和Pj'分别为向量P'的第i个元素和第j个元素；根据迭代等式计算得到P1'；11)、根据下式判断迭代等式是否收敛，如果收敛，则保存计算区域S1的位移值u'和v'；如果没有收敛，令P0'＝P1'，并重复步骤10)和11)；如果迭代次数达到最大迭代次数n，则结束迭代；12)、输出计算区域S1的位移值；13)、根据步骤12)得到的计算区域S1的位移值，对空间中对应的回转体上的表面点做三维重建；14)、根据步骤13)的三维重建结果，求得所述回转体(4)的内切圆的半径R内和外切圆的半径R外，则所述回转体(4)的椭圆度为：