[發(fā)明專利]一種基于軸向立體視覺的逆向測量方法與裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710069978.3
• 申請日: 2007-07-10
• 公開（公告）號: CN101109617A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 王文;盧科青;陳子辰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/03;G01B11/245
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于軸向立體視覺的逆向測量方法與裝置。

背景技術(shù)

逆向工程作為一種快速的產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)手段，在現(xiàn)代制造業(yè)中有著廣泛的應用，逆向工程建模的首要任務是準確、快速、合理地獲取描述產(chǎn)品外形的點云數(shù)據(jù)。

目前，運用最為普遍的逆向測量方法有：接觸式測量法、激光掃描法和立體視覺測量法。接觸式測量與激光掃描測量技術(shù)已經(jīng)比較成熟，是目前占市場份額最大的兩種逆向測量手段。但接觸式測量與激光掃描測量一般以三坐標測量機或柔性臂等為硬件支持，設備成本很高。立體視覺測量法使用兩架照相機，在不同角度對被測量物體進行拍照，利用視差原理，恢復出測量點的深度信息。它可以在瞬間獲取被測物體表面大量的幾何信息，測量效率很高，而且硬件結(jié)構(gòu)簡單，設備成本較低，隨著CCD技術(shù)的發(fā)展，視覺測量的精度在不斷地提高，所以立體視覺測量法是一種很有前景的逆向測量方法。

目前被廣泛使用的是橫向立體視覺法，即測量過程中兩架照相機按橫向分布。使用橫向立體視覺法進行逆向測量，需要分別獲取物體在各個側(cè)面上的幾何數(shù)據(jù)，然后通過復雜的數(shù)據(jù)拼接過程建立完整的幾何模型。此外使用橫向立體視覺法，由于兩像平面間沒有特殊的幾何關(guān)系，所以同源特征匹配算法比較復雜。本發(fā)明將使用軸向立體視覺原理，利用兩像平面間特殊的幾何關(guān)系，簡化圖像處理算法，為逆向工程提供一種低成本、高效率的數(shù)據(jù)采集方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于軸向立體視覺的逆向測量方法與裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一、基于軸向立體視覺的逆向測量方法：

測量過程中，被測物體放置在升降機構(gòu)上，并隨升降機構(gòu)上下移動，由圓形平面結(jié)構(gòu)光發(fā)生器將圓形平面結(jié)構(gòu)光投向被測物體，經(jīng)物體表面形狀調(diào)制后在周向形成一截面光條。由兩架按軸向分布的照相機，同時攝取該截面光條在圓臺內(nèi)面鏡中所成的虛像，然后依據(jù)同軸照相機外極線約束關(guān)系，進行圖像匹配，依據(jù)軸向立體視覺原理計算出光條虛像上各采樣點的空間坐標，根據(jù)物、像對稱原理，計算出物體上各個截面的形狀。接著通過控制物體隨升降機構(gòu)向上或向下移動，獲取物體上沿軸向分布的一系列采樣截面的形狀數(shù)據(jù)。最后通過截面數(shù)據(jù)的軸向拼接，反求出整個物體的幾何模型。

所述的同軸照相機外極線約束關(guān)系是：利用同軸照相機兩像面平上的外極線相互平行，極點與像平面中心重合的特點，進行同源像點匹配。

二、一種基于軸向立體視覺的逆向測量裝置、

遠軸照相機和近軸照相機置于圓臺內(nèi)面鏡的上方，且兩架照相機的軸線相互垂直，在兩軸線的交點處安置一圓形分光鏡，遠軸照相機離開圓形分光鏡的距離比近軸照相機遠，兩架照相機能在各自的軸線上移動。圓臺內(nèi)面鏡大底面朝上，由支架支撐，其大底面頂部安裝有圓形平面結(jié)構(gòu)光發(fā)生器，圓臺內(nèi)面鏡底部有一升降機構(gòu)，被測物體放置在升降機構(gòu)上并位于圓臺內(nèi)面鏡中，支架和升降機構(gòu)布置在底座上。兩架照相機和升降機構(gòu)均分別與計算機連接。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1)由于圓形分光鏡的存在，使兩照相機在原理上按軸向分布，從而使兩像平面上的極線相互平行，且極點與像平面中心重合，簡化同源像點的匹配過程。

2)測量過程中依次獲得物體軸向各個位置上的截面輪廓，重建幾何模型時，只需要進行軸向數(shù)據(jù)拼接，而不需要周向數(shù)據(jù)拼接。

3)整個逆向測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設備成本低。

附圖說明

圖1是基于軸向立體視覺的逆向測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是結(jié)構(gòu)光發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是軸向立體視覺測量模型示意圖；

圖4是軸向立體視覺外極線分布規(guī)律示意圖；

圖5是軸向立體視覺同源像點匹配規(guī)律示意圖；

圖6是基于軸向立體視覺的逆向測量方法流程圖。

圖中：1、遠軸照相機，2、近軸照相機，3、圓形分光鏡，4、被測物體，5、圓形平面結(jié)構(gòu)光發(fā)生器，6、圓形平面結(jié)構(gòu)光，7、圓臺內(nèi)面鏡，8、支架，9、升降機構(gòu)，10、底座，11、虛擬遠軸照相機，12、電纜，13、計算機，14、發(fā)光二極管(LED)，15、圓形狹縫。

具體實施方式