[發明專利]雙目視覺激光標定測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201410216409.7
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN104390584B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 管志勇;葉劍波;郭景晶;姚東星
• 申請（專利權）人: 北京中天榮泰科技發展有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于雙目視覺激光標定測量裝置的雙目視覺激光標定測量方法，所述雙目視覺激光標定測量裝置由測試平臺、被測模塊、測試模塊、被測模塊工裝、直線導軌、刻度標尺、相機采集模塊、一字型線激光器、步進電機和測試模塊工裝組成，測試平臺上安裝有刻度標尺和直線導軌，測試模塊和被測物模塊由被測模塊工裝固定在測試平臺的直線導軌上方，所述刻度標尺固定在兩直線導軌中間位置，并與直線導軌平行；所述的測試模塊由至少兩臺相機、至少一個一字型線激光器和步進電機組成，其中相機固定在與直線導軌連接的測試模塊工裝上，并與被測物之間呈角度安裝，一字型線激光器由夾具固定，直線導軌末端的軸承與測試模塊工裝連接，并安裝在相機的視場后方，所述步進電機的軸承上連接有凸輪；其特征在于，所述基于雙目視覺激光標定測量裝置的雙目視覺激光標定測量方法主要步驟如下：

第一步：一字型線激光器安裝角度與相機視場位置確定；

第二步：光線投射圖像采集；

第三步：光線中心線提取；

第四步：擬合光線中心線求內壁中心坐標；

第五步：重復測量，計算系統精度；

所述第三步中，光線中心線提取：是指一字型線激光器出射的線激光投影到被測物內壁會形成一段光亮的圓弧，由于圖像中圓弧有一定的寬度，為了保證測量精度，需要利用相關圖像處理算法對圓弧的光線中心線進行提取，算法和數學公式如下：

a：原始圖像經過閾值分割，面積特征提取得到激光圓弧目標域的二值化圖像；

b：二值化圖像經過距離變換得到灰度按照一定特性分布的灰度圖像G₀；

距離變換算法如下：圓弧目標域的二值圖像表示成一個二維數組A[M，N]＝a(x，y)，其中M、N分別代表圖像的行高和列寬值，a(x，y)代表圖像坐標(x，y)處的灰度值，其中，a(x，y)＝1代表目標域，a(x，y)＝0代表背景點，

設F(i，j)為目標像素集合，B(m，n)為背景像素集合，距離變換的數學表達為：

G={(i,j)|g(i,j)=min((i-m)2+(j-n)2)}]]>

其中目標像素坐標(i，j)∈F(i，j)，背景像素坐標(m，n)∈B(m，n)

背景域和目標域交界的圖像邊緣處背景坐標和目標坐標的歐式距離較短，灰度值較小；而處于目標域中心的像素距離背景域歐氏距離最大，灰度值最大，距離變換后的圖像G灰度值沿著邊緣處向中心處逐漸增大，形成了一幅目標中心線位置最亮的灰度圖像G₀，

c：令G₀(x，y)表示二維圖像G₀在(x，y)坐標下的灰度值，像素點坐標x，y看做三維坐標系下XOY平面的橫縱坐標值，灰度值G₀(x，y)看做三維坐標系的高度z值，因此將二維圖像G₀拉伸成為三維曲面，曲面坡頂脊線即為圖像中心線，

二維圖像灰度的變化用此三維曲面的曲率表示，曲面在(x，y)坐標下的曲率用Hessian矩陣來定義，

H(x,y)=Ixx(x,y)Ixy(x,y)Ixy(x,y)Iyy(x,y)]]>

式中：I_xx(x，y)，I_xy(x，y)，I_yy(x，y)表示圖像的二階方向導數；

Hessian矩陣的特征值和特征向量表示了圖像的本質特征，其中，幅值最大的特征值對應的特征向量代表三維曲面曲率最大的方向，幅值最小的特征值對應的特征向量代表曲率最小的方向，對于二維圖像，曲率最小的方向也就是圖像的中心線，其Hessian矩陣H(x，y)為2×2的實對稱矩陣，因而具有2個實特征值，較小的特征值對應的特征向量P(x，y)即為圖像中心線的集合；

所述第四步中，擬合光線中心線求內壁中心坐標：是指將第三步提取到的圓弧的光線中心線擬合成閉合的橢圓，通過計算得到圓的中心位置、直徑、周長，其中圓弧的圓心便是被測模塊的圓心，圖像處理算法中，圓弧的光線中心線由一系列的離散點P(X_i，Y_i)表示，擬合的計算公式如下：

C＝(N∑X_i²-∑X_i∑X_i)

D＝(N∑X_iY_i-∑X_i∑Y_i)

E=NΣXi3+NΣXiYi2-Σ(Xi2+Yi2)ΣXi)]]>

G＝(N∑Y_i²-∑Y_i∑Y_i)

H=NΣXi2+NΣYi3-Σ(Xi2+Yi2)ΣYi)]]>

可解得：

Ca+Db+E＝0

Da+Gb+H＝0

a＝HD-EG/CG-D²

b＝HG-ED/D²-GC

C=-Σ(Xi2+Yi2)+aΣXi+bΣYi/N]]>

得A、B、R的估計擬合值：

A＝a/-2

B＝b/-2

R=1/2a2+b2-4C.]]>