[发明专利]一种单目视觉系统及基于该系统的三维尺寸快速测量方法

摘要

本发明涉及工业视觉测量方法，具体地说是涉及一种单目视觉系统及基于该系统的三维尺寸快速测量方法。一种单目视觉系统，包括CCD彩色相机和三色LED环形光源。一种单目视觉系统的三维测量方法，包括将三色LED环形光源的安装高度、入射角度、分布密度分别进行严格标定；建立单目视觉系统的光学成像模型；利用入射光线相对于视场平面的入射角确定方法求解单目视觉系统的光学成像模型，得到被测物体表面所有点的高度信息。本发明以主动式光学测量法为基础，设计一种特用于本发明使用的光源，降低特征提取过程图像处理的算法难度，同时提高系统的精度和可靠性；在此基础上提出一种基于单目视觉系统的三维测量方法，具有广阔的工业应用前景。

主权项

1.一种单目视觉系统的三维尺寸快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1将三色LED环形光源的安装高度、入射角度、分布密度分别进行严格标定，同时点亮三色LED环形光源，采用CCD彩色相机采集被测物体的照片；S2建立世界坐标系，原点Ow(0，0)建立在视场的中心处，Zw轴指向CCD彩色相机，Xw轴沿水平线方向；在Ow‑Xw‑Zw的二维坐标系中，Oc点为光心，坐标为Oc(0，l)，l为物距，设光源位置处在世界坐标系中的坐标为e(xl，zl)，被测物体上测量点在世界坐标系中的坐标为s(xi，zi)，该点成像后，在成像平面坐标系中的坐标为p(u，v)；直线es为入射光线，反射光线为直线sp，入射光线es与反射光线sp的交点s(xi，zi)对应的z坐标即为被测物体在点(xi，zi)处的高度，其对应的Z轴坐标为Zi；定义入射光线es与水平线即Xw轴的夹角为α，反射光线sp与水平线即Xw轴的夹角为η，根据光的反射原理，反射光线sp的方程可表示为：反射光线与水平线的夹角η为：式中，f为相机的焦距；l为物距；(u0，v0)为成像平面坐标系的原点，即相机的光轴与成像平面的交点；(u，v)为成像平面上任意点坐标；dx、dy分别为每个像素在x、y方向上的物理尺寸；推导出入射光线es的方程式为：zes＝kex(xes‑xl)+zl＝tan(180‑α)×(xes‑xl)+zl       (3)联立式(1)、(3)可求得入射光线es和反射光线sp的交点(xi，zi)：式中，(xl，zl)为光源在世界坐标系中的坐标；α为入射光线es与水平线即X轴的夹角S3利用入射光线相对于视场平面的入射角确定方法求解单目视觉系统的光学成像模型，得到被测物体表面所有点的高度信息。