[发明专利]快速高精度的复杂曲面制孔点法矢量测量方法

摘要

本发明快速高精度的复杂曲面制孔点法矢量测量方法属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种快速高精度的复杂曲面制孔点法矢量测量方法。该方法采用基于双目视觉结合动态投影点的方法进行法矢量测量。首先进行动态投影点的布局优化，采用canny边缘检测算子提取投影点边缘位置，采用椭圆拟合算法快速提取投影点的中心坐标，对应提取的采集图像的投影点坐标进行三维重建，最后基于二次曲面拟合算法准确拟合制孔点邻域内的零部件表面三维形面信息，求解得到制孔点位置法矢量。该方法采用动态投影点的投影方式，增加了可测量的空间点数量，根据需要调整测点位置和数量，以适应不同表面需求，满足复杂曲面制孔点法矢量的快速高精度测量的要求。

主权项

一种快速高精度的复杂曲面制孔点法矢量测量方法，其特征是，该方法采用基于双目视觉结合动态投影点的方法进行法矢量测量；首先进行动态投影点的布局优化，并基于摄像机采集帧频设计相匹配的投影点动态频率；进而针对摄像机采集的每帧动态投影点图像，采用canny边缘检测算子提取投影点边缘位置，并根据边缘位置信息采用椭圆拟合算法快速提取投影点的中心坐标，对应提取的左右摄像机采集图像的投影点坐标进行三维重建，获得投影点位置的被测零部件表面三维信息；最后基于二次曲面拟合算法准确拟合制孔点邻域内的零部件表面三维形面信息，从而求解得到制孔点位置法矢量；方法具体步骤如下：第一步 搭建基于双目立体视觉的法矢量测量系统该系统由安装在支架上且标定过的左右摄像机、动态点投影仪、被测物组成；第二步 面向法矢量测量的动态投影点布局和设计先进行动态投影点的空间布局，本方法采用的动态投影圆点为一系列环形阵列点，环形阵列点以一条直线上的内环和外环圆周上投影点的两个投影点为基础投影点阵，对内外环进行n等分得到环形阵列，由于二次曲面拟合限制，应满足n≥7；其阵列中心布置于待测制孔点上，从而构成内环形阵列点和外环形阵列点，其内环半径为R₁，外环半径为R₂，且内环和外环圆周上投影点直径分别为d和D；为了保证内外环投影点在视觉图像中不发生干涉，不影响其精确提取，应满足$R_2-R_1\≥\frac{D+d}{2}+\mathrm{\Δ}---\left(1\right)$其中，Δ是内外环投影点的轮廓间距阈值；综合上述限制条件，对动态投影点的布局进行设计；然后进行投影点的动态性能设计；根据摄像机的采集参数设计投影点的频率特性；已知摄像机的采集帧频是f_c，即单次采集的周期是T_c，曝光时间是T_exp，满足：$\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\exp }}{T_c}\≤\frac{1}{2}\\ f_c=\frac{1}{T_c}\end{array}\right.---\left(2\right)$为了确保动态投影点具有足够的亮度，摄像机在单次曝光时间内投影点应保持持续亮显状态，由于无法实现同步触发，投影点的持续时间T_F应满足：T_F≥T_exp+T_c  (3)为了限制整个采集过程的持续时间T_m，提高单位制孔点的采集效率，应使T_m尽可能小，令投影点动态投影频率为f_D，应满足：$\left\{\begin{array}{c}\frac{f_c}{f_D}\∈N\\ f_D\<0.5f_c\\ T_F\<2T_c\\ \frac{n}{f_D}+T_S=T_m\end{array}\right.---\left(4\right)$其中，N是自然数集合，T_S是摄像机采集闲置时间；根据式(3)、(4)可确定f_D和T_F的取值，进一步确定动态投影点组数n的大小；第三步 动态投影点边缘提取采用canny算子进行边缘检测，作用于具有灰度梯度的图像上，提取图像中的边缘信息；采用高斯滤波，使图像平滑；假设A为原始图像，B为高斯滤波后的图像，那么他们每个像素点灰度值之间的数学关系表示为：$B=\frac{1}{159}\left[\begin{array}{ccccc}2& 4& 5& 4& 2\\ 4& 9& 12& 9& 4\\ 5& 12& 15& 12& 5\\ 4& 9& 12& 9& 4\\ 2& 4& 5& 4& 2\end{array}\right]A---\left(5\right)$本步骤表明对于A中任一像素点，搜索其周围5×5范围的像素信息，按式(5)中5×5矩阵给定的权值进行加权计算，将加权和除以159，所得的值即为滤波后该像素点的灰度值；计算梯度横纵方向的幅值；利用边缘检测横向算子G_x和纵向算子G_y获取滤波后图像的横纵向梯度C_x

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