專利名稱：一種大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維形貌視覺測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大型構(gòu)件表面三維形貌的測(cè)量是現(xiàn)代逆向工程和產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)及制造的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，在許多領(lǐng)域特別是制造行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，如汽車、飛機(jī)、船舶、航天器外形測(cè)量，大型模具測(cè)量，無縫鋼管等大型機(jī)械構(gòu)件測(cè)量，大型天線安裝及變形監(jiān)測(cè)等。因此，研究大型構(gòu)件表面三維形貌測(cè)量方法對(duì)保證國(guó)家重大裝備的順利研制和生產(chǎn)具有重要意義，是目前亟待解決的重要關(guān)鍵技術(shù)。目前，大型飛機(jī)工程已列入國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展綱要，大型飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造及裝配的數(shù)字化和自動(dòng)化是該工程的重點(diǎn)攻關(guān)內(nèi)容，大型構(gòu)件如機(jī)艙、機(jī)翼、尾翼等三維形貌的測(cè)量及重構(gòu)是亟需解決的重要關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，大型構(gòu)件表面三維形貌的測(cè)量的主要手段有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光跟蹤儀、全站儀、經(jīng)緯儀、視覺測(cè)量系統(tǒng)等。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是完成三坐標(biāo)測(cè)量的通用設(shè)備，具有很好的測(cè)量精度，主要缺點(diǎn)是測(cè)量效率低，且測(cè)量范圍較小，一般在1 2米之內(nèi)。激光跟蹤儀、全站儀及由兩臺(tái)經(jīng)緯儀構(gòu)成雙目測(cè)量系統(tǒng)均較適于現(xiàn)場(chǎng)使用，測(cè)量范圍大，但主要缺點(diǎn)是測(cè)量效率低，且易出現(xiàn)測(cè)量盲區(qū)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子學(xué)、光學(xué)技術(shù)的日趨完善以及圖像處理、模式識(shí)別等技術(shù)的不斷進(jìn)步，視覺檢測(cè)技術(shù)得到快速發(fā)展，已逐漸成為大型構(gòu)件表面三維最主要的檢測(cè)手段， 其具有自動(dòng)化程度高、量程大、精度高、非接觸等優(yōu)點(diǎn)。大型構(gòu)件尺寸大，存在自身遮擋，單個(gè)視覺傳感器無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)大型構(gòu)件表面三維形貌動(dòng)態(tài)測(cè)量。通?？蓪y(cè)量區(qū)域分成多個(gè)子區(qū)域，將各子區(qū)域三維數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系，獲得整個(gè)大型構(gòu)件表面的三維形貌。根據(jù)全局統(tǒng)一方式的不同，視覺檢測(cè)主要分為兩大類流動(dòng)式視覺檢測(cè)法和多傳感器視覺檢測(cè)法。流動(dòng)式視覺檢測(cè)法通過單個(gè)視覺傳感器以流動(dòng)方式測(cè)量整個(gè)大型構(gòu)件表面的三維形貌，以粘貼在大型構(gòu)件上的標(biāo)志點(diǎn)或放置在大型構(gòu)件前的靶標(biāo)標(biāo)志點(diǎn)為中介，將所有流動(dòng)測(cè)量得到的子區(qū)域測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。比較典型的有美國(guó)GOM公司研制的 ATOS流動(dòng)式三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和國(guó)內(nèi)北京天遠(yuǎn)公司研制的流動(dòng)式三維掃描系統(tǒng)等。該方法優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?，F(xiàn)有流動(dòng)式測(cè)量方法一種需要在被測(cè)物體上黏貼標(biāo)志點(diǎn)，該方法的缺點(diǎn)對(duì)于無法測(cè)量的軟性物體及不允許黏貼標(biāo)志點(diǎn)的物體表面三維形貌測(cè)量具有局限性；另一種是需要在在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)安置全局統(tǒng)一設(shè)備，這里指的全局統(tǒng)一設(shè)備主要包括單、雙經(jīng)緯儀，單、雙目視覺傳感器，激光跟蹤儀等，該方法的主要缺點(diǎn)存在全局統(tǒng)一設(shè)備價(jià)格昂貴，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定困難，且有視覺盲區(qū)等等。多傳感器視覺檢測(cè)法在測(cè)量前完成多視覺傳感器全局標(biāo)定，測(cè)量時(shí)根據(jù)全局標(biāo)定結(jié)果，將每個(gè)視覺傳感器測(cè)量的子區(qū)域數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。目前，多傳感器視覺檢測(cè)法比較典型的產(chǎn)品有美國(guó)Perceptron公司的車身幾何尺寸檢測(cè)系統(tǒng)和國(guó)內(nèi)天津大學(xué)葉聲華院士課題組研制的轎車白車身視覺檢測(cè)系統(tǒng)等。該方法原理簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)大型構(gòu)件表面三維形貌的視覺測(cè)量，但存在多視覺傳感器現(xiàn)場(chǎng)全局標(biāo)定困難，全局標(biāo)定后系統(tǒng)測(cè)量精度容易受現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境影響較大等局限性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法及系統(tǒng)，能夠簡(jiǎn)便快速地實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)、控制器、 計(jì)算機(jī)、一個(gè)三維光學(xué)測(cè)頭、多個(gè)平面靶標(biāo)，所述平面靶標(biāo)分布在大型構(gòu)件的周圍，所述三維光學(xué)測(cè)頭和平面靶標(biāo)連接所述控制器和圖像采集系統(tǒng)，所述控制器和圖像采集系統(tǒng)連接所述計(jì)算機(jī)；其中，所述三維光學(xué)測(cè)頭包括光柵式雙目視覺傳感器和寬視場(chǎng)攝像機(jī)；所述光柵式雙目視覺傳感器，用于進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌測(cè)量；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，用于測(cè)量布置于大型構(gòu)件周邊的平面靶標(biāo)；所述計(jì)算機(jī)，用于以所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將所述光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。其中，所述光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)一步包括兩個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)光柵激光器；所述計(jì)算機(jī)，還用于控制所述控制器點(diǎn)亮平面靶標(biāo)上的特征點(diǎn)，觸發(fā)所述光柵激光器投射光柵光條；還用于采集圖像，算法實(shí)現(xiàn)和結(jié)果顯示；所述光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)，用于進(jìn)行所述光柵光條圖像的采集；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，具體用于不同進(jìn)行平面靶標(biāo)圖像的采集。其中，所述光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)，用于將拍攝的圖像通過所述圖像采集系統(tǒng)傳送給所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)，具體用于根據(jù)所述攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果，對(duì)所述攝像機(jī)拍攝的圖像完成圖像畸變矯正后，進(jìn)行光柵光條圖像中心點(diǎn)識(shí)別機(jī)定位；并根據(jù)所述兩個(gè)攝像機(jī)的光柵光條匹配結(jié)果及雙目立體視覺原理，得到光柵光條中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)。其中，所述計(jì)算機(jī)，具體用于根據(jù)預(yù)先選定的作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)及識(shí)別定位的平面靶標(biāo)特征點(diǎn)中心圖像坐標(biāo)，得到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；利用所述轉(zhuǎn)換矩陣及預(yù)先得到的光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。其中，所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，還用于當(dāng)拍攝不到所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)時(shí)， 通過拍攝到的平面靶標(biāo)和所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)之間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣、寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣以及光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。一種大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法，在大型構(gòu)件的周圍分布有多個(gè)平面靶標(biāo)，三維光學(xué)測(cè)頭和平面靶標(biāo)連接控制器和圖像采集系統(tǒng)，所述控制器和圖像采集系統(tǒng)連接所述計(jì)算機(jī)；其中，所述三維光學(xué)測(cè)頭包括光柵式雙目視覺傳感器和寬視場(chǎng)攝像機(jī)；所述方法包括
三維光學(xué)測(cè)頭的光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌測(cè)量；三維光學(xué)測(cè)頭的寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量布置于大型構(gòu)件周邊的平面靶標(biāo)；計(jì)算機(jī)以寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將所述光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。其中，在光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌的測(cè)量之前，所述方法還包括計(jì)算機(jī)控制控制器點(diǎn)亮平面靶標(biāo)上作為特征點(diǎn)的LED光源，觸發(fā)所述光柵式雙目視覺傳感器的光柵激光器投射光柵光條，所述光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行所述光柵光條圖像的采集；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)同步采集平面靶標(biāo)圖像。其中，所述光學(xué)側(cè)頭的光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌的測(cè)量為計(jì)算機(jī)根據(jù)攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果，對(duì)光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)拍攝的圖像完成圖像畸變矯正后，進(jìn)行光柵光條圖像中心點(diǎn)識(shí)別及定位；根據(jù)所述兩個(gè)攝像機(jī)的光柵光條匹配結(jié)果及雙目立體視覺原理，得到光柵光條中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)。其中，所述計(jì)算機(jī)以所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系為根據(jù)預(yù)先選定的作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)及識(shí)別定位的平面靶標(biāo)特征點(diǎn)中心圖像坐標(biāo)，得到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；利用所述轉(zhuǎn)換矩陣及預(yù)先得到的光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。進(jìn)一步地，所述方法還包括當(dāng)所述三維光學(xué)測(cè)頭拍攝不到所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)時(shí)，通過拍攝到的平面靶標(biāo)和所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)之間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣、寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣以及光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。本發(fā)明將光柵式雙目視覺傳感器與寬視場(chǎng)攝像機(jī)結(jié)合在一起構(gòu)成三維光學(xué)測(cè)頭， 通過一個(gè)三維光學(xué)測(cè)頭擺放至不同位置對(duì)大型構(gòu)件不同的子區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，以布置在大型構(gòu)件周邊的平面靶標(biāo)為中介，將三維光學(xué)測(cè)頭每次測(cè)量得到的局部數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量。本發(fā)明中，局部數(shù)據(jù)的全局統(tǒng)一是以布置于被測(cè)物體周圍的平面靶標(biāo)為中介實(shí)現(xiàn)的，不需要在被測(cè)物體上貼標(biāo)記也不需要利用全局統(tǒng)一設(shè)備；同時(shí)平面靶標(biāo)位置可以根據(jù)被測(cè)物體形狀進(jìn)行靈活排放，沒有測(cè)量死角。


圖1為本發(fā)明大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明放置于三腳架上的三維光學(xué)測(cè)頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明平面靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意6
圖4為本發(fā)明三維光學(xué)測(cè)頭的寬視場(chǎng)攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法的流程示意圖；圖6為本發(fā)明光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量模型示意圖；圖7為本發(fā)明大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法的全局統(tǒng)一過程的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的基本思想為系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)、控制器、計(jì)算機(jī)、一個(gè)三維光學(xué)測(cè)頭、多個(gè)平面靶標(biāo)，所述平面靶標(biāo)分布在大型構(gòu)件的周圍，所述三維光學(xué)測(cè)頭和平面靶標(biāo)連接所述控制器和圖像采集系統(tǒng)，所述控制器和圖像采集系統(tǒng)連接所述計(jì)算機(jī)；其中，所述三維光學(xué)測(cè)頭包括光柵式雙目視覺傳感器和寬視場(chǎng)攝像機(jī)；所述光柵式雙目視覺傳感器，用于進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌的測(cè)量；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，用于測(cè)量布置于大型構(gòu)件周邊的平面靶標(biāo)；所述計(jì)算機(jī)，用于以所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介， 將所述光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下舉實(shí)施例并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1示出了本發(fā)明大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意，如圖1所示， 所述系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)、控制器、計(jì)算機(jī)、一個(gè)三維光學(xué)測(cè)頭、多個(gè)平面靶標(biāo)，所述平面靶標(biāo)分布在被測(cè)物體的周圍，所述三維光學(xué)測(cè)頭和平面靶標(biāo)連接所述控制器和圖像采集系統(tǒng)，所述控制器和圖像采集系統(tǒng)連接所述計(jì)算機(jī)；其中，參照?qǐng)D2示出的本發(fā)明放置于三腳架上的三維光學(xué)測(cè)頭的結(jié)構(gòu)，所述三維光學(xué)測(cè)頭包括光柵式雙目視覺傳感器和寬視場(chǎng)攝像機(jī)；所述光柵式雙目視覺傳感器，用于進(jìn)行被測(cè)物體表面不同子區(qū)域的三維形貌測(cè)量；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，用于測(cè)量布置于被測(cè)物體周邊的平面靶標(biāo)；所述計(jì)算機(jī)，用于以所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將所述光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。具體地，參照?qǐng)D2，所述光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)一步包括兩個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)光柵激光器；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)通過機(jī)械裝置安裝在所述光柵式雙目視覺傳感器上，本實(shí)施例中，寬視場(chǎng)攝像機(jī)與光柵式雙目視覺傳感器之間的位置保持固定不動(dòng)。平面靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，這里，圖3中的圓點(diǎn)為平面靶標(biāo)的特征點(diǎn)，所述特征點(diǎn)為L(zhǎng)ED光源，各特征點(diǎn)位置經(jīng)過預(yù)先的編碼設(shè)計(jì)，寬視場(chǎng)攝像機(jī)可以根據(jù)所述特征點(diǎn)的位置關(guān)系識(shí)別出平面靶標(biāo)序號(hào)，本發(fā)明實(shí)施例中，平面靶標(biāo)可以通過三腳架支撐布置在被測(cè)物體周圍。進(jìn)一步地，所述計(jì)算機(jī)，用于控制所述控制器點(diǎn)亮平面靶標(biāo)上的特征點(diǎn)，觸發(fā)所述光柵激光器投射光柵光條；同時(shí)計(jì)算機(jī)中測(cè)量軟件用于采集圖像，算法實(shí)現(xiàn)和結(jié)果顯示等。所述光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)，用于進(jìn)行所述光柵光條圖像的采集；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，具體用于不同進(jìn)行平面靶標(biāo)圖像的采集。其中，所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)為反射折射攝像機(jī)或魚眼攝像機(jī)。反射折射攝像機(jī)由一個(gè)針孔攝像機(jī)和其正前方的反射鏡面構(gòu)成；反射折射攝像機(jī)可以分為兩類一類為單光心，另一類為非單光心。其中，單光心反射折射攝像機(jī)很容易生成透視圖像，在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用。
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單光心反射折射攝像機(jī)的反射鏡面可分為四種類型旋轉(zhuǎn)拋物面鏡、旋轉(zhuǎn)雙曲面鏡、旋轉(zhuǎn)橢球面鏡和平面鏡。不失一般性，為了便于理解，本實(shí)施例中以采用平面鏡的反射折射攝像機(jī)為例，進(jìn)行詳細(xì)的介紹。參考圖4，寬視場(chǎng)攝像機(jī)由一個(gè)攝像機(jī)11與一個(gè)四面鏡 12構(gòu)成，通過四面鏡12構(gòu)成四個(gè)鏡像攝像機(jī)13、14、15、16，實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)測(cè)量。進(jìn)一步地，所述光柵式雙目視覺傳感器，具體用于根據(jù)攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果矯正圖像畸變，進(jìn)行光柵光條圖像中心點(diǎn)識(shí)別機(jī)定位；所述光柵數(shù)雙目視覺傳感器，具體用于根據(jù)所述兩個(gè)攝像機(jī)的光柵光條匹配結(jié)果及雙目立體視覺原理，得到光柵光條中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)。進(jìn)一步地，所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，具體用于根據(jù)預(yù)先選定的作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)及識(shí)別定位的平面靶標(biāo)特征點(diǎn)中心圖像坐標(biāo)，得到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；利用所述轉(zhuǎn)換矩陣及預(yù)先得到的光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。進(jìn)一步地，所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，還用于當(dāng)拍攝不到所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)時(shí)，通過拍攝到的平面靶標(biāo)和所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)之間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣、 寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣以及光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。圖5示出了本發(fā)明大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法的流程，如圖5所示，所述方法包括下述步驟步驟501，三維光學(xué)測(cè)頭的光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌測(cè)量；具體地，計(jì)算機(jī)根據(jù)攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果，矯正光柵式雙目視覺傳感器采集圖像的圖像畸變后，進(jìn)行光柵光條圖像中心點(diǎn)識(shí)別及定位；根據(jù)所述兩個(gè)攝像機(jī)的光柵光條匹配結(jié)果及雙目立體視覺原理，得到光柵光條中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)。另外，本步驟之前，還包括計(jì)算機(jī)控制控制器點(diǎn)亮平面靶標(biāo)上作為特征點(diǎn)的LED 光源，觸發(fā)所述光柵式雙目視覺傳感器的光柵激光器投射光柵光條，所述光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行所述光柵光條圖像的采集；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)同步采集平面靶標(biāo)圖像。步驟502，三維光學(xué)測(cè)頭的寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量布置于被測(cè)大型構(gòu)件周邊的平面靶標(biāo)；步驟503，計(jì)算機(jī)以寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將所述光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系具體地，根據(jù)預(yù)先選定的作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)及識(shí)別定位的平面靶標(biāo)特征點(diǎn)中心圖像坐標(biāo)，得到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；這里可以任意選取一個(gè)平面靶標(biāo)的坐標(biāo)系作為全局坐標(biāo)系。利用所述轉(zhuǎn)換矩陣及預(yù)先得到的光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。當(dāng)所述三維光學(xué)測(cè)頭拍攝不到所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)時(shí)，通過拍攝到的平面靶標(biāo)和所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)之間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣、寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣以及光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)際視覺測(cè)量方法具體應(yīng)用時(shí)，可以在三維光學(xué)測(cè)頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行多次不同子區(qū)域的測(cè)量完成后，再將得到的多個(gè)子區(qū)域三維數(shù)據(jù)全局統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量；也可以在三維光學(xué)測(cè)頭每次對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量完成后，即將得到的該子區(qū)域三維數(shù)據(jù)全局統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系，經(jīng)過多次測(cè)量以及全局統(tǒng)一后，實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量。本發(fā)明還提供了上述大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法的具體實(shí)施例，具體包括下述步驟步驟101，動(dòng)態(tài)視覺測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定。A、三維光學(xué)測(cè)頭中攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定將平面靶標(biāo)在攝像機(jī)前自由移動(dòng)五次以上，提取平面靶標(biāo)特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)， 采用張正友在2000年11月發(fā)表的文章“A flexible new technique for camera calibration [J]. IEEE Trans, on Pattern Analysis and Machine Intelligence，，中i^ilj 的攝像機(jī)標(biāo)定方法分別標(biāo)定三維光學(xué)測(cè)頭中攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)。B、三維光學(xué)測(cè)頭中光柵式雙目視覺傳感器標(biāo)定采用周富強(qiáng)在2006年6月發(fā)表的文章“基于未知運(yùn)動(dòng)一維靶標(biāo)的雙目視覺傳感器標(biāo)定[J]，機(jī)械工程學(xué)報(bào)”中提到的雙目視覺傳感器標(biāo)定方法，將一維靶標(biāo)在雙目視覺傳感器前移動(dòng)兩次以上，雙目視覺傳感器中攝像機(jī)拍攝一維靶標(biāo)圖像，提取一維靶標(biāo)圖像特征點(diǎn)。求解兩個(gè)攝像機(jī)之間的本質(zhì)矩陣，以一維靶標(biāo)特征點(diǎn)之間距離已知為約束條件標(biāo)定光柵式雙目視覺傳感器兩個(gè)攝像機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矢量隊(duì)2，t12。C、三維光學(xué)測(cè)頭中四個(gè)鏡像攝像機(jī)和光柵式雙目視覺傳感器的全局校準(zhǔn)采用張廣軍在2009年7月發(fā)表的文章“基于雙平面靶標(biāo)的多視覺傳感器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)[J]，機(jī)械工程學(xué)報(bào)”中提到的多視覺傳感器全局校準(zhǔn)方法，將雙平面靶標(biāo)在兩個(gè)帶校準(zhǔn)視覺傳感器前自由移動(dòng)三次以上，兩個(gè)視覺傳感器拍攝平面靶標(biāo)圖像，以兩個(gè)平面靶標(biāo)之間位置不變?yōu)榧s束條件，計(jì)算兩個(gè)視覺傳感器之間的轉(zhuǎn)換矩陣。最后通過兩兩校準(zhǔn)方式計(jì)算寬視場(chǎng)攝像機(jī)中四個(gè)鏡像式攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣Taj(i，j = 1，2，3，4)，TcijT 標(biāo)中的i，j分別表示鏡像攝像機(jī)的序號(hào)，例如Ta2表示鏡像攝像機(jī)1到鏡像攝像機(jī)2的轉(zhuǎn)換矩陣。以鏡像式攝像機(jī)13為基礎(chǔ)建立寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系(當(dāng)然也可以以其他任意一個(gè)鏡像式攝像機(jī)為基礎(chǔ)建立寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系)，計(jì)算光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣Th。步驟102，計(jì)算機(jī)通過控制器控制平面靶標(biāo)上的LED光源點(diǎn)亮，同時(shí)觸發(fā)三維光學(xué)測(cè)頭中的光柵激光器投射光柵光條、兩個(gè)攝像機(jī)采集光柵光條圖像到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，寬視場(chǎng)攝像機(jī)同步采集全局統(tǒng)一用平面靶標(biāo)圖像。步驟103，光柵光條圖像中心快速識(shí)別及定位；采用 Steger 在 1998 年 2 月發(fā)表的論文“An unbiased detector of curvilinear structures, IEEE Transaction on Pattern Analysis Machine Intelligence.，，提至Ij白勺光條圖像中心提取方法提取光柵光條圖像中心點(diǎn)。首先計(jì)算圖像各點(diǎn)Hessian(海森)矩陣， 根據(jù)光條圖像灰度曲面特征，通過各圖像點(diǎn)的Hessian矩陣中特征值和特征向量判斷光條中心候選點(diǎn)，再通過鏈接方式將光條中心候選點(diǎn)鏈接在一起形成光條圖像數(shù)據(jù)。最后采用光條空間位置約束結(jié)合雙目立體視覺中的極線約束實(shí)現(xiàn)左右攝像機(jī)中光條的識(shí)別定位。步驟104，光柵式雙目視覺傳感器局部三維重建；在圖6中，光柵光條點(diǎn)P分別在左、右攝像機(jī)成像，利用雙目立體視覺模型解算點(diǎn) P在雙目視覺傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。以左攝像機(jī)坐標(biāo)系為基礎(chǔ)建立雙目視覺傳感器坐標(biāo)系。設(shè)P1和P2分別為光柵光條點(diǎn)P在左右攝像機(jī)圖像坐標(biāo)系下無畸變圖像齊次坐標(biāo)。 I1 Sp1在左攝像機(jī)圖像中的極線，I2為P2在右攝像機(jī)圖像中的極線。左攝像機(jī)坐標(biāo)系為 0clxclyclzcl,右攝像機(jī)坐標(biāo)系為0。^。2Υ。2ζ。2。左攝像機(jī)坐標(biāo)系到右攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量為隊(duì)2，t12。R12，t12在步驟101中已經(jīng)求得。光柵式雙目視覺傳感器的測(cè)量模型如式(1)p]Γπ⑴
^2=^2^12 ^12 J ^式中A1和A2分別為左右攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，PpP2為非零比例系數(shù)。在實(shí)際測(cè)量中，攝像機(jī)成像系統(tǒng)中往往存在鏡頭畸變。設(shè)Pd = (ud, vd, 1)τ為有畸變圖像齊次坐標(biāo)，P = (U，ν, 1)τ為無畸變圖像齊次坐標(biāo)，Pn = (un, Vn, 1)τ為歸一化圖像齊次坐標(biāo)，則本實(shí)施例中擬采用的鏡頭畸變模型可表示為ud = u+ (U-U0) (k!r2+k2r4)(2)vd = ν+ (v-v0) (k!r2+k2r4)式中r = ^xl + yl Jk1^k2為鏡頭徑向畸變系數(shù)；(uQ，V0)為攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)步驟103中匹配上的光條中心點(diǎn)圖像坐標(biāo)，通過式(1)，可以得到光條中心點(diǎn)在光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)光柵式雙目視覺傳感器局部三維重建。步驟105，平面靶標(biāo)光點(diǎn)中心識(shí)別及定位；本發(fā)明的實(shí)施例在靶標(biāo)上采用LED光源作為靶標(biāo)發(fā)光特征點(diǎn)(簡(jiǎn)稱光點(diǎn))，解決背景光對(duì)光點(diǎn)圖像中心提取精度的影響。LED光源生成的光點(diǎn)圖像灰度分布符合高斯分布，光點(diǎn)圖像中心也就是光點(diǎn)圖像灰度曲面的頂點(diǎn)。本發(fā)明采用公開號(hào)為CN101408985，
公開日為2009年4月15日，發(fā)明名稱為“一種圓形光斑亞像素中心提取方法及裝置”的中國(guó)專利申請(qǐng)中提到的光點(diǎn)圖像中心提取方法實(shí)現(xiàn)全局統(tǒng)一用平面靶標(biāo)光點(diǎn)中心定位，該方法首先計(jì)算圖像各點(diǎn)的Hessian矩陣，根據(jù)由 Hessian中特征值組成的判決式定位光點(diǎn)中心的像素級(jí)坐標(biāo)，再通過二次泰勒展開式表示光點(diǎn)圖像中心鄰居區(qū)域的灰度曲面，根據(jù)曲面頂點(diǎn)性質(zhì)確定光點(diǎn)中心的亞像素圖像坐標(biāo)。另外，為了便于識(shí)別，在平面靶標(biāo)特征點(diǎn)之間位置已知，且采用編碼設(shè)計(jì)，可根據(jù)特征點(diǎn)位置識(shí)別出平面靶標(biāo)序號(hào)。步驟106，局部三維掃描數(shù)據(jù)的全局統(tǒng)一本發(fā)明采用布置在被測(cè)物體周圍的平面靶標(biāo)作為中介來實(shí)現(xiàn)局部三維掃描數(shù)據(jù)的全局統(tǒng)一，以寬視場(chǎng)攝像機(jī)中的一個(gè)鏡像攝像機(jī)為基礎(chǔ)建立三維光學(xué)測(cè)頭坐標(biāo)系。如圖7 所示，描述了本發(fā)明實(shí)施例采用的全局統(tǒng)一過程光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量被測(cè)物體的某一子區(qū)域的表面三維形貌，寬視場(chǎng)攝像機(jī)拍攝布置在被測(cè)物理周邊的平面靶標(biāo)，計(jì)算視
10場(chǎng)中平面靶標(biāo)坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換矩陣Tti…Ui表示第i個(gè)平面靶標(biāo)，tj表示第j個(gè)平面靶標(biāo)) 及寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣T。, tl U1表示平面靶標(biāo)1的坐標(biāo)系作為全局坐標(biāo)系)，以寬視場(chǎng)攝像機(jī)共同視場(chǎng)中平面靶標(biāo)為中介，實(shí)現(xiàn)三維光學(xué)測(cè)頭局部測(cè)量數(shù)據(jù)的全局統(tǒng)一。不失一般性，選取平面靶標(biāo)1坐標(biāo)系作為全局坐標(biāo)系。將三維光學(xué)測(cè)頭放置在被測(cè)物體前，保證寬視場(chǎng)攝像機(jī)可以拍攝到平面靶標(biāo)。在光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)行局部三維測(cè)量同時(shí)，寬視場(chǎng)攝像機(jī)拍攝全局統(tǒng)一用平面靶標(biāo)，利用非共線特征點(diǎn)的編碼位置識(shí)別出平面靶標(biāo)序號(hào)，同時(shí)根據(jù)張正友的文章“A flexible new technique for camera calibration [J]. IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence" 提到的方法計(jì)算出寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣T。, tl及平面靶標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換矩陣 Tti,tj(i，j = 1，2，3)。通過式C3)可以將光條中心點(diǎn)局部三維坐標(biāo)全局統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。Pg = TcjtlThP0(3)式中Ptj為光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的光柵光條中心點(diǎn)在光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)，Pg為Ptj在全局坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)。由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)境復(fù)雜，存在遮擋等因數(shù)，在每次測(cè)量時(shí)，寬視場(chǎng)攝像機(jī)有可能拍攝不到作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)1，這時(shí)可根據(jù)在之前測(cè)量得到的平面靶標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換矩陣，通過寬視場(chǎng)攝像機(jī)拍攝的平面靶標(biāo)將局部三維數(shù)據(jù)全局統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。例如，寬視場(chǎng)攝像機(jī)拍攝不到平面靶標(biāo)1，但可以拍攝到平面靶標(biāo)3，具體全局統(tǒng)一過程見式(4)。Pg = Tt3,tlTc,t3ThP0(4)綜上所述，本發(fā)明將光柵式雙目視覺傳感器與寬視場(chǎng)攝像機(jī)結(jié)合在一起構(gòu)成三維光學(xué)測(cè)頭，通過一個(gè)三維光學(xué)測(cè)頭擺放至不同位置，多次測(cè)量被測(cè)物體不同的子區(qū)域，以布置在被測(cè)物體周邊的平面靶標(biāo)為中介，將三維光學(xué)測(cè)頭每次測(cè)量得到的局部數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量。本發(fā)明中，局部數(shù)據(jù)的全局統(tǒng)一是以布置于被測(cè)物體周圍的平面靶標(biāo)為中介實(shí)現(xiàn)的，不需要在被測(cè)物體上貼標(biāo)記也不需要利用全局統(tǒng)一設(shè)備；同時(shí)平面靶標(biāo)位置可以根據(jù)被測(cè)物體形狀進(jìn)行靈活排放，沒有測(cè)量死角。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)、控制器、計(jì)算機(jī)、一個(gè)三維光學(xué)測(cè)頭、多個(gè)平面靶標(biāo)，所述平面靶標(biāo)分布在大型構(gòu)件的周圍，所述三維光學(xué)測(cè)頭和平面靶標(biāo)連接所述控制器和圖像采集系統(tǒng)，所述控制器和圖像采集系統(tǒng)連接所述計(jì)算機(jī)；其中，所述三維光學(xué)測(cè)頭包括光柵式雙目視覺傳感器和寬視場(chǎng)攝像機(jī)；所述光柵式雙目視覺傳感器，用于進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌測(cè)量；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，用于測(cè)量布置于大型構(gòu)件周邊的平面靶標(biāo)；所述計(jì)算機(jī)，用于以所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將所述光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)一步包括兩個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)光柵激光器；所述計(jì)算機(jī)，還用于控制所述控制器點(diǎn)亮平面靶標(biāo)上的特征點(diǎn)，觸發(fā)所述光柵激光器投射光柵光條；還用于采集圖像，算法實(shí)現(xiàn)和結(jié)果顯示；所述光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)，用于進(jìn)行所述光柵光條圖像的采集；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，具體用于不同進(jìn)行平面靶標(biāo)圖像的采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)，用于將拍攝的圖像通過所述圖像采集系統(tǒng)傳送給所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)，具體用于根據(jù)所述攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果，對(duì)所述攝像機(jī)拍攝的圖像完成圖像畸變矯正后，進(jìn)行光柵光條圖像中心點(diǎn)識(shí)別機(jī)定位；并根據(jù)所述兩個(gè)攝像機(jī)的光柵光條匹配結(jié)果及雙目立體視覺原理，得到光柵光條中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)，具體用于根據(jù)預(yù)先選定的作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)及識(shí)別定位的平面靶標(biāo)特征點(diǎn)中心圖像坐標(biāo)，得到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；利用所述轉(zhuǎn)換矩陣及預(yù)先得到的光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)，還用于當(dāng)拍攝不到所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)時(shí)，通過拍攝到的平面靶標(biāo)和所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)之間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣、寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣以及光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。
6.一種大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法，其特征在于，在大型構(gòu)件的周圍分布有多個(gè)平面靶標(biāo)，三維光學(xué)測(cè)頭和平面靶標(biāo)連接控制器和圖像采集系統(tǒng)，所述控制器和圖像采集系統(tǒng)連接所述計(jì)算機(jī)；其中，所述三維光學(xué)測(cè)頭包括光柵式雙目視覺傳感器和寬視場(chǎng)攝像機(jī)；所述方法包括三維光學(xué)測(cè)頭的光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌測(cè)量；三維光學(xué)測(cè)頭的寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量布置于大型構(gòu)件周邊的平面靶標(biāo)；計(jì)算機(jī)以寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將所述光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌的測(cè)量之前，所述方法還包括計(jì)算機(jī)控制控制器點(diǎn)亮平面靶標(biāo)上作為特征點(diǎn)的LED光源，觸發(fā)所述光柵式雙目視覺傳感器的光柵激光器投射光柵光條，所述光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行所述光柵光條圖像的采集；所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)同步采集平面靶標(biāo)圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)側(cè)頭的光柵式雙目視覺傳感器進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌的測(cè)量為計(jì)算機(jī)根據(jù)攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果，對(duì)光柵式雙目視覺傳感器的兩個(gè)攝像機(jī)拍攝的圖像完成圖像畸變矯正后，進(jìn)行光柵光條圖像中心點(diǎn)識(shí)別及定位；根據(jù)所述兩個(gè)攝像機(jī)的光柵光條匹配結(jié)果及雙目立體視覺原理，得到光柵光條中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)以所述寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將光柵式雙目視覺傳感器測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系為根據(jù)預(yù)先選定的作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)及識(shí)別定位的平面靶標(biāo)特征點(diǎn)中心圖像坐標(biāo)，得到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；利用所述轉(zhuǎn)換矩陣及預(yù)先得到的光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括當(dāng)所述三維光學(xué)測(cè)頭拍攝不到所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)時(shí)，通過拍攝到的平面靶標(biāo)和所述作為全局坐標(biāo)系的平面靶標(biāo)之間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣、寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣以及光柵式雙目視覺傳感器坐標(biāo)系到寬視場(chǎng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，將測(cè)量得到的不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種大型構(gòu)件表面三維形貌視覺測(cè)量方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)、控制器、計(jì)算機(jī)、一個(gè)三維光學(xué)測(cè)頭、多個(gè)平面靶標(biāo)，平面靶標(biāo)分布在被測(cè)物體的周圍，三維光學(xué)測(cè)頭和平面靶標(biāo)連接控制器和圖像采集系統(tǒng)，控制器和圖像采集系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)；其中，三維光學(xué)測(cè)頭包括光柵式雙目視覺傳感器，用于進(jìn)行大型構(gòu)件表面不同子區(qū)域的三維形貌的測(cè)量；寬視場(chǎng)攝像機(jī)，用于測(cè)量平面靶標(biāo)；計(jì)算機(jī)以寬視場(chǎng)攝像機(jī)測(cè)量的平面靶標(biāo)為中介，將不同子區(qū)域的三維形貌數(shù)據(jù)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系。本發(fā)明以平面靶標(biāo)為中介，不需要在被測(cè)物體上貼標(biāo)記也不需要利用全局統(tǒng)一設(shè)備；同時(shí)平面靶標(biāo)位置可以根據(jù)被測(cè)物體形狀進(jìn)行靈活排放，沒有測(cè)量死角。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102445164SQ20111030874
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者劉震, 孫軍華, 尚硯娜, 張廣軍 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)