一種基于三維視覺的圓柱面半徑測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種基于三維視覺的圓柱面半徑測(cè)量方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)檢測(cè)中，計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)以其非接觸、高精度和高效率等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械零 件的檢測(cè)中越來越受到重視。圓柱形零件是機(jī)械零件中較為常見的零件，如軸承、電機(jī)轉(zhuǎn)子 中使用的磁性瓦片及圓柱形磁力攪棒等。據(jù)統(tǒng)計(jì)在傳統(tǒng)的機(jī)械零件中，作為機(jī)械零件構(gòu)成 中的一種基本形狀，圓柱面的出現(xiàn)頻率達(dá)到了 73.5%。對(duì)這些圓柱面的半徑進(jìn)行檢測(cè)是圓 柱形機(jī)械零件質(zhì)量檢測(cè)中的一個(gè)重要組成部分，目前基于計(jì)算機(jī)視覺的圓柱形機(jī)械零件半 徑檢測(cè)方法往往通過測(cè)量圓柱面的一個(gè)外端面來檢測(cè)其半徑，而無法檢測(cè)其他位置的截面 半徑。這樣做存在著以下兩個(gè)問題：一是只能完成形狀測(cè)量及其誤差分析，且是僅限于外端 面的形狀檢測(cè)，無法完成其它位置截面的形狀檢測(cè)，不夠準(zhǔn)確；二是無法實(shí)現(xiàn)位置誤差的測(cè) 量和分析，不夠全面。而形位誤差對(duì)各種機(jī)械零件的工作精度、連接強(qiáng)度、密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 性、耐磨性以及壽命、噪音等都具有很大的影響。因此，業(yè)內(nèi)亟需一種能對(duì)圓柱形零件不同 截面位置的半徑進(jìn)行檢測(cè)（以給出更準(zhǔn)確的形狀），并能利用多個(gè)位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行位置誤 差的測(cè)量和分析的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種準(zhǔn)確和全面的，基于三維視覺 的圓柱面半徑測(cè)量方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種基于三維視覺的圓柱面半徑測(cè)量方法，包括：
[0006] S1、通過三維視覺測(cè)量系統(tǒng)獲取圓柱面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述三維視覺測(cè)量系統(tǒng) 由投影儀和攝像機(jī)組成；
[0007] S2、采用平行平面將圓柱面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割成二維平面數(shù)據(jù)；
[0008] S3、采用基于角度的排序算法將二維平面數(shù)據(jù)展開為一維點(diǎn)序列；
[0009] S4、對(duì)一維點(diǎn)序列進(jìn)行超限中值濾波和二次濾波，從而得到去除噪聲后的一維點(diǎn) 序列；
[0010] S5、根據(jù)得到的一維點(diǎn)序列進(jìn)行橢圓擬合和圓擬合，從而得到圓柱面不同位置截 面的半徑大小。
[0011] 進(jìn)一步，所述步驟S1，其具體為：
[0012] 采用攝像機(jī)和投影儀搭建基于條紋結(jié)構(gòu)光和主動(dòng)立體視覺技術(shù)的三維視覺測(cè)量 系統(tǒng)，然后通過三維視覺測(cè)量系統(tǒng)依次進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定、條紋投影與采集、絕對(duì)相位獲取和對(duì) 應(yīng)點(diǎn)匹配，最終獲取圓柱面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0013] 進(jìn)一步，所述步驟S2,其具體為：
[0014] 采用一組平行平面將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割成多組二維平面數(shù)據(jù)，所述平行平面垂直 于X軸，其中，X軸為圓柱面的中心軸。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟S3,其包括：
[0016] S31、根據(jù)步驟S2所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行圓擬合，得到圓中心點(diǎn)，并將該圓中心點(diǎn)定義 為基點(diǎn)〇,然后構(gòu)造一個(gè)過基點(diǎn)〇且方向沿X軸正向的基向量0^ ,::并將從二維平面數(shù)據(jù)提 取出的邊緣數(shù)據(jù)點(diǎn)mn與基點(diǎn)〇--構(gòu)成邊緣向量Omti 其中，η = 1，2, 3,…；
[0017] S32、計(jì)算邊緣向量ο%與基向量Op的夾角θ η，
[0018] S33、根據(jù)邊緣向量與基向量〇ρ夾角θ η的大小對(duì)從二維平面數(shù)據(jù)提取出 的邊緣數(shù)據(jù)點(diǎn)mn重新進(jìn)行排序，得到重新排序后的點(diǎn)序列M ;，其中，i = 1，2, 3,…，η ;
[0019] S34、計(jì)算重新排序后的點(diǎn)序列M1到基點(diǎn)的距離Cl1，并以計(jì)算出的距離構(gòu)成展開后 的一維點(diǎn)序列Cl 1。
[0020] 進(jìn)一步，所述步驟S4,其包括：
[0021] S41、采用超限中值濾波器對(duì)展開后的一維點(diǎn)序列Cl1進(jìn)行一次濾波，得到一次濾波 后的序列點(diǎn)，所述一次濾波后的序列點(diǎn)山'的表達(dá)式為：
[0022]
[0023] 其中，template為超限中值濾波器的模板大小，median為求中值，X。為設(shè)定的距 離閾值；
[0024] S42、根據(jù)一次濾波后的序列點(diǎn)Cl1'到基點(diǎn)的距離大小以及序列點(diǎn)Cl1'兩側(cè)相鄰點(diǎn) 到基點(diǎn)的距離大小，對(duì)一次濾波后的序列點(diǎn)山'進(jìn)行二次濾波，得到去除噪聲后的一維點(diǎn)序 列。
[0025] 進(jìn)一步，所述步驟S5,其具體為：
[0026] S51、對(duì)去除噪聲后的一維點(diǎn)序列進(jìn)行橢圓擬合，得到橢圓中心點(diǎn)，然后對(duì)橢圓中 心點(diǎn)進(jìn)行空間直線擬合，求出圓柱面的第一中心軸；
[0027] S52、將圓柱面的第一中心軸以及圓柱面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)至與X軸平行；
[0028] S53、對(duì)旋轉(zhuǎn)后圓柱面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)重新執(zhí)行步驟S2~S4,得到去除噪聲后與X 軸平行的一維點(diǎn)序列；
[0029] S54、對(duì)去除噪聲后與X軸平行的一維點(diǎn)序列進(jìn)行圓擬合，得到圓中心點(diǎn)，然后對(duì) 圓中心點(diǎn)進(jìn)行空間直線擬合，求出圓柱面的第二中心軸及相應(yīng)的圓半徑；
[0030] S55、判斷圓柱面的第二中心軸與X軸的夾角是否小于設(shè)定的判斷閾值，若是，則 以求出的圓半徑作為圓柱面不同位置的半徑大小，反之，則在將圓柱面的第二中心軸以及 圓柱面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)至與X軸平行之后返回步驟S2。
[0031] 本發(fā)明的有益效果是：先通過三維視覺測(cè)量系統(tǒng)獲取圓柱面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；然后使 用平行平面將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割成多組二維平面數(shù)據(jù)，并對(duì)每一位置的二維數(shù)據(jù)，采用基 于角度的排序算法和超限中值濾波器進(jìn)行濾波去噪后，再結(jié)合橢圓擬合和圓擬合，最終計(jì) 算出圓柱形零件不同位置截面的半徑大小，不再局限于外端面的形狀檢測(cè)，且可以根據(jù)計(jì) 算出的不同位置截面的半徑大小直接進(jìn)行位置誤差的測(cè)量和分析，具有準(zhǔn)確、全面、抗噪 聲能力強(qiáng)和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0032] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033] 圖1為本發(fā)明一種基于三維視覺的圓柱面半徑測(cè)量方法的整體流程圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明步驟S3的流程圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明步驟S4的流程圖；
[0036] 圖4為本發(fā)明步驟S5的流程圖；
[0037] 圖5-1為本發(fā)明三維視覺測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖5-2為本發(fā)明三維視覺測(cè)量系統(tǒng)獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的流程圖；
[0039] 圖6為帶噪聲干擾半圓柱面分割后的一組二維平面數(shù)據(jù)；
[0040] 圖7為圖6進(jìn)行重新排序后得到的一維序列點(diǎn)；
[0041] 圖8為圖7采用超限中值濾波器進(jìn)行去噪后的結(jié)果圖；
[0042] 圖9為圖8橢圓部分的局部放大圖；
[0043] 圖10為采用與基點(diǎn)間的距離進(jìn)行二次濾波后的結(jié)果圖；
[0044] 圖11為本發(fā)明最終的濾波結(jié)果圖；
[0045] 圖12為本發(fā)明圓柱面半徑測(cè)量算法的流程圖；
[0046] 圖13為釹鐵硼瓦片外表面不同位置的半徑測(cè)量值示意圖。
[0047] 附圖標(biāo)記：1、攝像機(jī)；2、投影儀。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 參照?qǐng)D1，一種基于三維視覺的圓柱面半徑測(cè)量方法，包括：
[0049] S1、通過三維視覺測(cè)量系統(tǒng)獲取圓柱面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述三維視覺測(cè)量系統(tǒng) 由投影儀和攝像機(jī)組成；
[0050] S2、采用平行平面將圓柱面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割成二維平面數(shù)據(jù)；
[0051] S3、采用基于角度的排序算法將二維平面數(shù)據(jù)展開為一維點(diǎn)序列；
[0052] S4、對(duì)一維點(diǎn)序列進(jìn)行超限中值濾波和二次濾波，從而得到去除噪聲后的一維點(diǎn) 序列；
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