一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明所述一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法，基于圖像處理的體積測(cè)量技術(shù)，相機(jī)標(biāo)定，圖像采集，圖像預(yù)處理：通過(guò)濾波進(jìn)行圖像預(yù)處理，去除圖像中的干擾信息，圖像二值化處理，圖像像素點(diǎn)和圖形高度計(jì)算，物體底面積計(jì)算，體積計(jì)算。解決了目前需要通過(guò)接觸物體才能測(cè)出物體體積的困難，也解決了目前在經(jīng)圖像處理到計(jì)算體積中需要對(duì)圖像進(jìn)行三維重構(gòu)、生成物體三維數(shù)據(jù)點(diǎn)、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，同時(shí)也解決了CT斷層掃描、激光掃描等測(cè)試設(shè)備價(jià)格昂貴的問(wèn)題。利用該裝置對(duì)復(fù)雜表面物體的體積進(jìn)行測(cè)量，具有測(cè)量速度快、精度高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物體體積測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)和工業(yè)的快速發(fā)展，體積測(cè)量已經(jīng)成為很多工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分，只有高精度、高速度、應(yīng)用范圍廣的體積測(cè)量裝置才能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)在這個(gè)問(wèn)題上的研究方法主要采用排水法、超聲波測(cè)體積、CT斷層三維圖像恢復(fù)和激光掃描測(cè)體積。排水法對(duì)于醫(yī)藥、化工等不能浸水的物體便無(wú)法檢測(cè)，并且測(cè)量過(guò)程不便；超聲波測(cè)體積、CT斷層三維圖像恢復(fù)和激光掃描測(cè)體積測(cè)量結(jié)果雖然準(zhǔn)確，但由于其儀器價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，因此不適合推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法，能夠測(cè)量多種形狀不規(guī)則、表面存在凹陷的物體的體積，測(cè)量速度快、精度高、操作方便，適合推廣到多種需要體積測(cè)量的行業(yè)中。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0007]I)相機(jī)標(biāo)定:采用傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定法，用尺寸已知的標(biāo)定物放在標(biāo)定板上，并將標(biāo)定板放在測(cè)量平臺(tái)的中心，用三臺(tái)攝像頭分別拍攝標(biāo)定板，通過(guò)計(jì)算機(jī)得出每臺(tái)攝像機(jī)拍攝標(biāo)定物的像素，再求三臺(tái)攝像頭拍攝標(biāo)定物的平均像素，從而確定空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系；
[0008]2)圖像采集:將被測(cè)物體放置在測(cè)量平臺(tái)的中心，LabVIEff程序和MATLAB程序通過(guò)調(diào)用攝像頭，進(jìn)行圖像讀取、采集，并將圖片保存至指定的文件夾中；
[0009]3)圖像預(yù)處理:通過(guò)濾波進(jìn)行圖像處理，去除圖像中的干擾信息；
[0010]4)圖像二值化處理:將采集到的圖像進(jìn)行二值化處理；
[0011]5)圖像像素點(diǎn)和圖形高度計(jì)算:通過(guò)拍攝被測(cè)物體，通過(guò)LabVIEW程序得出被測(cè)物體的側(cè)面圖的像素，通過(guò)LabVIEW程序，找出圖像中垂直方向中距離最大的點(diǎn)的像素距離，即可以求出被測(cè)物體的高，從而得出圖形高度；
[0012]6)物體底面積計(jì)算:通過(guò)三臺(tái)攝像頭拍攝出的3組，每組400張的物體側(cè)面圖的圖像，求出這1200張圖像的平均像素值，并運(yùn)用圖形的割補(bǔ)和微元原理將底面為復(fù)雜表面的多邊形轉(zhuǎn)化為規(guī)則的圖形進(jìn)行計(jì)算；
[0013]7)體積計(jì)算:通過(guò)得出轉(zhuǎn)化后的物體底面積和高，從而利用體積計(jì)算公式進(jìn)行體積計(jì)算。
[0014]進(jìn)一步，所述圖像采集包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、機(jī)械臂、三臺(tái)互成120度的攝像頭、背景幕和輔助光源，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)控制，三臺(tái)攝像頭放置在機(jī)械臂上并垂直照向旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的中心，背景幕與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相垂直，使攝像頭拍攝被測(cè)物體時(shí)，拍攝到的畫(huà)面中充滿背景圖像，輔助光源放置在攝像頭與被測(cè)物體的中間的上方，輔助拍攝。
[0015]進(jìn)一步，所述輔助光源采用由白熾燈配備燈光擴(kuò)散片組成。
[0016]進(jìn)一步,所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)控制。
[0017]進(jìn)一步，所述攝像頭采用SunTime FX30攝像頭((XD配鏡頭)，每秒鐘拍攝30張圖片，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)每旋轉(zhuǎn)0.9度，攝像頭拍取一張圖像，從而和攝像頭的拍攝進(jìn)行匹配，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)一秒鐘旋轉(zhuǎn)了 30*0.9度，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周共需要40/3秒，則每臺(tái)攝像頭完成400張圖片的拍攝需要40/3秒
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]本發(fā)明基于圖像處理的體積測(cè)量技術(shù)，有別于現(xiàn)有的排水法、超聲波測(cè)量、接觸傳感、CT斷層掃描和激光掃描等測(cè)量技術(shù)。設(shè)計(jì)出一種可以測(cè)量復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量裝置，該裝置由測(cè)量平臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、攝像機(jī)、背景幕、光源、計(jì)算機(jī)等部分組成。利用裝置中三個(gè)互成120度的攝像頭對(duì)放置在測(cè)量平臺(tái)上的物體進(jìn)行圖像采集，測(cè)量平臺(tái)利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制，采集圖像的程序與控制步進(jìn)電機(jī)的程序同步，當(dāng)物體每旋轉(zhuǎn)0.9度，攝像機(jī)拍攝一張照片，因此物體旋轉(zhuǎn)一周時(shí)每臺(tái)攝像機(jī)采集到了 400張圖片，計(jì)算機(jī)將攝像機(jī)采集到的圖片實(shí)時(shí)保存至指定位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)里的LABVIEW程序和MATLAB程序調(diào)用進(jìn)行圖像的預(yù)處理、圖像二值化處理、圖像像素點(diǎn)和圖形高度計(jì)算、物體底面積計(jì)算等步驟，最終求得其體積。解決了目前需要通過(guò)接觸物體才能測(cè)出物體體積的困難，也解決了目前在經(jīng)圖像處理到計(jì)算體積中需要對(duì)圖像進(jìn)行三維重構(gòu)、生成物體三維數(shù)據(jù)點(diǎn)、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，同時(shí)也解決了 CT斷層掃描、激光掃描等測(cè)試設(shè)備價(jià)格昂貴的問(wèn)題。利用該裝置對(duì)復(fù)雜表面物體的體積進(jìn)行測(cè)量，具有測(cè)量速度快、精度高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0020]本發(fā)明測(cè)量過(guò)程只需要測(cè)量平臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周，就可以得出物體的體積，操作方便、精度高、測(cè)量時(shí)間短。
[0021]同時(shí)，還具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]1.測(cè)量平臺(tái)設(shè)計(jì)巧妙，配備光源設(shè)計(jì)和背景幕設(shè)置，受外界環(huán)境因素影響較小。
[0023]2.測(cè)量精度高，誤差數(shù)量級(jí)小。
[0024]3.測(cè)量時(shí)間短，只需要少于15秒的時(shí)間就能完成一次測(cè)量。
[0025]4.受物體顏色干擾較小，只要改變背景幕的顏色就可以測(cè)量多種顏色的物體。
[0026]5.使用方便，測(cè)量過(guò)程操作簡(jiǎn)單，適合大范圍推廣。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，在附圖中:
[0028]圖1為體積測(cè)量裝置的整體俯視圖。
[0029]圖2為圖像處理、體積計(jì)算流程。
[0030]圖3為相機(jī)標(biāo)定板。
[0031]通過(guò)測(cè)量標(biāo)定板中單位面積(如lcm2)的圖像的像素值，得到灰度圖像面積與其像素點(diǎn)之間的線性關(guān)系。
[0032]圖4為濾波前后對(duì)比圖。
[0033]圖5為不規(guī)則物體和復(fù)雜表面物體濾波前的頻譜圖。
[0034]圖6為不規(guī)則物體和復(fù)雜表面物體濾波后的頻譜圖。
[0035]圖7為原始圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像。
[0036]圖8為三臺(tái)攝像頭從不同位置同時(shí)拍攝測(cè)量物體的圖片。
[0037]圖9為復(fù)雜表面物體的正視圖。
[0038]圖10為不規(guī)則物體的正視圖。
[0039]圖11為程序?qū)Σ杉降膹?fù)雜表面物體的視圖面積和高度進(jìn)行計(jì)算。
[0040]圖12為程序?qū)Σ杉降牟灰?guī)則形狀物體的視圖面積和高度進(jìn)行計(jì)算。
[0041]圖1中，I——測(cè)量承載平臺(tái)；2——旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；
[0042]3 攝像頭；4 背景眷;
[0043]5-機(jī)械臂；6-輔助光源。

【具體實(shí)施方式】
[0044]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0045]實(shí)施例1
[0046]如圖1至12所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種測(cè)量復(fù)雜表面的物體體積測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜表面的物體體積測(cè)量，比如表面有一些凸起或凹陷，具體原理如下所示:
[0047]本實(shí)施例采用3臺(tái)SunTime FX30彩色1/4〃(XD圖像傳感器對(duì)圖像進(jìn)行采集，其工作電壓為5V，工作電流400mA，有效像素為680H*480V，掃描方式為逐行掃描，是臺(tái)灣顯泰實(shí)業(yè)USB2.0CM0S/CXD高速系列產(chǎn)品，采用SONY高端CXD感光芯片，具有色彩還原性好，圖像質(zhì)量高，靈敏度高等特點(diǎn)，該產(chǎn)品為全局曝光方式輸出圖像，適用于拍動(dòng)態(tài)圖像。該攝像頭3符合我們的拍攝要求，為物體體積測(cè)量提供高精度的原始數(shù)據(jù)。
[0048]由于我們使用LabVIEW程序控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2每旋轉(zhuǎn)0.9度就讓攝像頭3拍取一張圖像，由于120度不是0.9度的整數(shù)倍數(shù)，所以我們將三個(gè)攝像頭3的角度間隔設(shè)置為120度，從而保證三臺(tái)攝像機(jī)拍攝被測(cè)物體一周所拍攝的3組，每組400張圖像是完全不同的三組圖像，這樣的角度設(shè)置相當(dāng)于我們將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度減小到0.3度，這樣的設(shè)置使我們的測(cè)量時(shí)間變成原來(lái)的三分這一，測(cè)量精度提高到原來(lái)的三倍。
[0049]我們使用的SunTime FX30攝像頭3每秒鐘最多拍攝30張圖片，所以我們控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2以0.9度為旋轉(zhuǎn)間隔，一秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)30次0.9度，從而和攝像頭3的拍攝進(jìn)行匹配，旋轉(zhuǎn)一周共需要40/3秒，則我們每臺(tái)攝像頭3完成400張圖片的拍攝也需要40/3秒。
[0050]輔助光源6設(shè)計(jì)采用由顯色性好的白熾燈配備燈光擴(kuò)散鏡片組成，并調(diào)節(jié)輔助光源6的角度，使輔助光源6的光線均勻地照射到被測(cè)物體上，使我們拍攝出的圖像中的干擾信息較少，提高我們體積測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0051]拍攝背景采用與待測(cè)物體顏色有較大差異的單顏色背景，這樣能夠?yàn)榻酉聛?lái)的圖像處理提供便利性，進(jìn)一步使我們的測(cè)量精度得到提高。
[0052]參照?qǐng)D1，體積測(cè)量裝置由測(cè)量承載平臺(tái)1、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂5、三個(gè)互成120度的工業(yè)攝像頭3、背景幕4、輔助光源6等組成。具體是:旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2由步進(jìn)電機(jī)控制，三個(gè)工業(yè)攝像頭3放置在機(jī)械臂5上并垂直照向旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2的中心，背景幕4與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2相垂直，使攝像頭3拍攝被測(cè)物體時(shí)，拍攝到的畫(huà)面中充滿背景圖像，輔助光源6采用由顯色性好的白熾燈配備燈光擴(kuò)散片組成，放置在攝像頭3與被測(cè)物體中間的上方，輔助拍攝。
[0053]參照?qǐng)D2，圖像處理、體積計(jì)算流程包括相機(jī)標(biāo)定、圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像二值化、計(jì)算圖像像素點(diǎn)(面積和高度)、將不規(guī)則圖形轉(zhuǎn)化為規(guī)則圖形、求得體積、累加平均等部分組成。流程圖中，步驟01為相機(jī)的標(biāo)定，建立灰度圖像像素點(diǎn)與面積的關(guān)系；步驟02為圖像的采集；步驟03為圖像在計(jì)算機(jī)程序中的預(yù)處理，經(jīng)過(guò)濾波后去除圖形中的干擾信息；步驟04是將預(yù)處理后的RGB圖像進(jìn)行二值化處理，得到圖像的灰度圖；步驟05是計(jì)算機(jī)的LABVIEW程序根據(jù)灰度圖像對(duì)圖像像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算(面積和高度)；步驟06為采用割補(bǔ)的思想和方法將不規(guī)則物體的圖像轉(zhuǎn)化為規(guī)則的物體圖像；步驟07是對(duì)轉(zhuǎn)化后的規(guī)則物體的體積進(jìn)行計(jì)算；步驟08為計(jì)算機(jī)主機(jī)對(duì)三臺(tái)分計(jì)算機(jī)求得的體積進(jìn)行累加平均，最終得出體積的最佳值。
[0054]相機(jī)標(biāo)定:我們使用的是傳統(tǒng)標(biāo)定法，首先制作尺寸已知的標(biāo)定物，并將標(biāo)定物放在標(biāo)定板上，標(biāo)定板參照?qǐng)D3。再將標(biāo)定板放置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2的中心點(diǎn)，并正對(duì)著攝像頭3，將三個(gè)攝像頭3分別對(duì)標(biāo)定板進(jìn)行拍攝，并將三個(gè)攝像頭3求出的標(biāo)定物的像素進(jìn)行平均處理，從而得出較為準(zhǔn)確的標(biāo)定板中標(biāo)定物的像素點(diǎn)，從而得出標(biāo)定物像素點(diǎn)與實(shí)際物理長(zhǎng)度的線性關(guān)系。為接下來(lái)的體積測(cè)量提供基本保障。
[0055]圖像采集通過(guò)LabVIEW程序調(diào)用攝像頭3，并進(jìn)行圖像實(shí)時(shí)采集，同時(shí)將采集到的圖像保存在指定的文件夾中，為接下來(lái)的體積計(jì)算提供原始數(shù)據(jù)。
[0056]圖像預(yù)處理主要是將圖像中的干擾信息進(jìn)行處理，消除圖像中的無(wú)用信息，恢復(fù)有用的真實(shí)信息，從而為接下來(lái)的數(shù)據(jù)處理提供更為準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)。我們將攝像頭3拍攝的圖像進(jìn)行濾波處理，從而將無(wú)用的信息進(jìn)行消除，濾波前后的對(duì)比圖參照?qǐng)D4，濾波前、后的頻譜圖參照?qǐng)D5、6。
[0057]圖像二值化處理是將我們攝像頭3拍攝到的圖像轉(zhuǎn)化為黑白圖像，從而為接下來(lái)的圖像處理提供方便。圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像參照?qǐng)D7。
[0058]計(jì)算圖像像素點(diǎn)(面積和高度)是通過(guò)LabVIEW程序計(jì)算拍攝到的圖像的像素點(diǎn)，再與我們的標(biāo)定物進(jìn)行比對(duì)，得出正視圖的實(shí)際面積。并通過(guò)LabVIEW程序測(cè)量出被測(cè)物體的高度的像素點(diǎn)，并與我們的標(biāo)定物進(jìn)行比對(duì)，從而得出被測(cè)物體的實(shí)際高度。
[0059]將不規(guī)則圖形轉(zhuǎn)化為規(guī)則圖形是運(yùn)用割補(bǔ)和微元的思想，將不規(guī)則的物體轉(zhuǎn)化成體積相同的規(guī)則物體，例如轉(zhuǎn)化為棱錐、圓柱等。從而利用棱錐、圓柱的體積計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，從而得出不規(guī)則物體的體積。
[0060]體積計(jì)算是通過(guò)攝像頭3拍攝被測(cè)物體一周所獲得的400張圖像進(jìn)行處理，得出每張圖像的像素點(diǎn)和高度，從而將不規(guī)則物體轉(zhuǎn)化成體積相同的規(guī)則物體，并利用規(guī)則物體的體積計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，從而得出單個(gè)攝像頭3測(cè)量出的物體體積。
[0061]累加平均是將三個(gè)攝像頭3得出的被測(cè)的物體的體積進(jìn)行平均處理，從而得出準(zhǔn)確度最高的體積測(cè)量結(jié)果。
[0062]測(cè)量前，我們調(diào)節(jié)測(cè)量裝置，調(diào)節(jié)好三個(gè)機(jī)械臂5，使三個(gè)機(jī)械臂5之間的夾角為120度并使每臺(tái)攝像頭3對(duì)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2的中心，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2水平、并使攝像頭3平行于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2、打開(kāi)輔助光源6，使輔助光源6的光線均勻地照向被測(cè)物體。并將復(fù)雜表面物體放在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2的中間，方便進(jìn)行體積測(cè)量。
[0063]通過(guò)LabVIEW程序控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)，同時(shí)控制三臺(tái)攝像頭3同時(shí)拍攝被測(cè)物體，當(dāng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)0.9度時(shí)，每臺(tái)攝像機(jī)拍攝I張圖片，并將拍攝的圖片保存到我們指定的文件夾中，為體積計(jì)算提供原始數(shù)據(jù)。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)一周后，每臺(tái)攝像頭3總共拍攝了 400張圖片，三個(gè)攝像頭3共拍攝到不同拍攝位置的1200張圖片。三臺(tái)攝像頭3從不同位置同時(shí)拍攝被測(cè)物體的圖像參照?qǐng)D8。
[0064]將這1200張圖片進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行濾波處理，從而消除圖像中的無(wú)用信息，恢復(fù)有用的真實(shí)信息，從而提高體積測(cè)量的精度。并將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的圖像進(jìn)行二值化處理，為接下來(lái)的數(shù)據(jù)處理提供方便。
[0065]通過(guò)LabVIEW程序計(jì)算出被測(cè)物體正視圖的像素，利用割補(bǔ)和微元的思想求出1200張不同角度的被測(cè)物體的正視圖的平均像素值，從而得出被測(cè)物體正視圖的平均像素值，經(jīng)過(guò)與標(biāo)定板像素值的對(duì)比換算，得出被測(cè)物體正視圖的實(shí)際面積。由于我們是將拍攝到的正式圖像素進(jìn)行平均處理，所以我們實(shí)際上是將不規(guī)則物體裝換成體積相同的規(guī)則物體，從而利用規(guī)則物體的體積計(jì)算公式進(jìn)行體積計(jì)算。不規(guī)則物體的正視圖參照?qǐng)D9。
[0066]實(shí)施例2
[0067]本發(fā)明實(shí)施例提供一種不規(guī)則形狀物體的體積測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)不規(guī)則形狀物體的體積測(cè)量，具體原理如下所示:
[0068]測(cè)量前，我們調(diào)節(jié)測(cè)量裝置，調(diào)節(jié)好三個(gè)機(jī)械臂5，使三個(gè)機(jī)械臂5之間的夾角為120度并使每臺(tái)攝像頭3對(duì)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2的中心，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2水平、并使攝像頭3平行于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2、打開(kāi)輔助光源6，使輔助光源6的光線均勻地照向被測(cè)物體。并將復(fù)雜表面物體放在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2的中間，方便進(jìn)行體積測(cè)量。
[0069]通過(guò)LabVIEW程序控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)，同時(shí)控制三臺(tái)攝像頭3同時(shí)拍攝被測(cè)物體，當(dāng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)0.9度時(shí)，每臺(tái)攝像機(jī)拍攝I張圖片，并將拍攝的圖片保存到我們指定的文件夾中，為體積計(jì)算提供原始數(shù)據(jù)。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)一周后，每臺(tái)攝像頭3總共拍攝了 400張圖片，三個(gè)攝像頭3共拍攝到不同拍攝位置的1200張圖片。
[0070]將這1200張圖片進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行濾波處理，從而消除圖像中的無(wú)用信息，恢復(fù)有用的真實(shí)信息，從而提高體積測(cè)量的精度。并將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的圖像進(jìn)行二值化處理，為接下來(lái)的數(shù)據(jù)處理提供方便。
[0071]通過(guò)LabVIEW程序計(jì)算出被測(cè)物體正視圖的像素，進(jìn)而求出1200張不同角度的被測(cè)物體的正視圖的平均像素值，從而得出被測(cè)物體正視圖的平均像素值，經(jīng)過(guò)與標(biāo)定板像素值的對(duì)比換算，得出被測(cè)物體正視圖的實(shí)際面積。利用割補(bǔ)和微元的思想，我們將不規(guī)則物體裝換成體積相同的規(guī)則物體，從而利用規(guī)則物體的體積計(jì)算公式進(jìn)行體積計(jì)算。復(fù)雜表面物體的正視圖參照?qǐng)D10。
[0072]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)相機(jī)標(biāo)定:采用傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定法，用尺寸已知的標(biāo)定物放在標(biāo)定板上，并將標(biāo)定板放在測(cè)量平臺(tái)的中心，用三臺(tái)攝像頭分別拍攝標(biāo)定板，通過(guò)計(jì)算機(jī)得出每臺(tái)攝像機(jī)拍攝標(biāo)定物的像素，再求三臺(tái)攝像頭拍攝標(biāo)定物的平均像素，從而確定空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系； 2)圖像采集:將被測(cè)物體放置在測(cè)量平臺(tái)的中心，LabVIEff程序和MATLAB程序通過(guò)調(diào)用攝像頭，進(jìn)行圖像讀取、采集，并將圖片保存至指定的文件夾中； 3)圖像預(yù)處理:通過(guò)濾波進(jìn)行圖像處理，去除圖像中的干擾信息； 4)圖像二值化處理:將采集到的圖像進(jìn)行二值化處理； 5)圖像像素點(diǎn)和圖形高度計(jì)算:通過(guò)拍攝被測(cè)物體，通過(guò)LabVIEW程序得出被測(cè)物體的側(cè)面圖的像素，通過(guò)LabVIEW程序，找出圖像中垂直方向中距離最大的點(diǎn)的像素距離，即可以求出被測(cè)物體的高，從而得出圖形高度； 6)物體底面積計(jì)算:通過(guò)三臺(tái)攝像頭拍攝出的3組，每組400張的物體側(cè)面圖的圖像，求出這1200張圖像的平均像素值，并運(yùn)用圖形的割補(bǔ)和微元原理將底面為復(fù)雜表面的多邊形轉(zhuǎn)化為規(guī)則的圖形進(jìn)行計(jì)算； 7)體積計(jì)算:通過(guò)得出轉(zhuǎn)化后的物體底面積和高，從而利用體積計(jì)算公式進(jìn)行體積計(jì)笪
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于，所述圖像采集包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、機(jī)械臂、三臺(tái)互成120度的攝像頭、背景幕和輔助光源，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)控制，三臺(tái)攝像頭放置在機(jī)械臂上并垂直照向旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的中心，背景幕與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相垂直，使攝像頭拍攝被測(cè)物體時(shí)，拍攝到的畫(huà)面中充滿背景圖像，放置在攝像頭與被測(cè)物體的中間，輔助拍攝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于，所述輔助光源采用由白熾燈配備燈光擴(kuò)散片組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種復(fù)雜表面和不規(guī)則物體體積的非接觸光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于，所述攝像頭采用SunTime FX30攝像頭,每秒鐘拍攝30張圖片,旋轉(zhuǎn)平臺(tái)每旋轉(zhuǎn)0.9度，攝像頭拍取一張圖像，從而和攝像頭的拍攝進(jìn)行匹配，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)一秒鐘旋轉(zhuǎn)了 30*0.9度，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周共需要40/3秒，則每臺(tái)攝像頭完成400張圖片的拍攝需要40/3秒。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK104132613SQ201410338608
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】林楚濤, 陳培宏, 曹輝, 鐘土基, 梁佩瑩, 羅夢(mèng)嬋 申請(qǐng)人:佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院