[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于卷煙條盒煙包尺寸測量的三維檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410256616.5
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN103983193A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張勍;李旭華;方細玲;張龍;劉丹;葉長文;陳宸;夏營威;劉勇;彭莉科;趙文平;謝定海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國煙草總公司鄭州煙草研究院;廣東中煙工業(yè)有限責任公司;中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/25
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 姜振東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維檢測技術(shù)，具體是一種基于計算機視覺和結(jié)構(gòu)光結(jié)合的卷煙條盒煙包尺寸測量的三維檢測方法。

背景技術(shù)

卷煙條盒內(nèi)不必要的空間體積與卷煙條盒外體積的比率稱為卷煙包裝空隙率。卷煙產(chǎn)品在生產(chǎn)、裝箱、運輸環(huán)節(jié)中，若空隙率過大或過小，煙包間將相互摩擦與擠壓，造成產(chǎn)品外形受損，嚴重影響企業(yè)形象。為控制空隙率指標，卷煙企業(yè)需定期檢測條盒、煙包三維尺寸，提升產(chǎn)品競爭力。目前，該參數(shù)的檢測方法尚停留在人工抽檢階段，多采用鋼尺、游標卡尺等工具進行接觸式測量，易造成檢測對象表面形變，精度低、效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的正是基于上述現(xiàn)狀而發(fā)明了一種基于計算機視覺和結(jié)構(gòu)光結(jié)合的卷煙條盒煙包尺寸測量的三維檢測方法。該方法利用計算機視覺技術(shù)，通過采集結(jié)構(gòu)光在檢測樣品上的反射圖像，利用圖像分析技術(shù)分析結(jié)構(gòu)光的外形特征，由結(jié)構(gòu)光特征反演樣品空間尺寸，實現(xiàn)樣品空間點云獲取，最終通過擬合邊緣、角點等實現(xiàn)樣品三維尺寸測量。

?本發(fā)明的發(fā)明機理在于：其結(jié)構(gòu)光技術(shù)，主要利用光學三角法原理，是一種主動三維傳感技術(shù)。該技術(shù)將一定模式的結(jié)構(gòu)光圖案投射到待測物體表面，形成因物體表面形狀調(diào)制的二維變形圖像，當光學投影系統(tǒng)與成像系統(tǒng)之間相對位置一定時，由變形二維圖像可恢復(fù)物體表面三維輪廓。該技術(shù)用于卷煙條盒煙包測量時，通過一組或多組結(jié)構(gòu)光以特定角度照射樣品，獲取富含三維信息的變形圖像。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明方法基于計算機視覺和結(jié)構(gòu)光結(jié)合技術(shù)，針對特定結(jié)構(gòu)光投影條件下獲取的多組樣品圖像，提取圖像中的結(jié)構(gòu)光信息，經(jīng)過特殊的圖像變換后得到樣品的點云數(shù)據(jù)，最后由重建的三維模型自動給出樣品的尺寸信息及空隙率、方正度等指標，從而綜合實現(xiàn)卷煙條盒煙包尺寸的自動測量，該方法主要包括圖像獲取、圖像處理、圖像變換和三維重建，技術(shù)內(nèi)容具體如下：

?(1)所述的圖像獲取是指通過相機獲取結(jié)構(gòu)光投影下的樣品數(shù)字影像，待測樣品置于測量平臺上，無需照明環(huán)境，測量平臺每隔固定時間旋轉(zhuǎn)一定角度，相機自動采集視場內(nèi)的樣品圖像，并發(fā)送到圖像處理模塊。

相機獲取結(jié)構(gòu)光投影下的樣品數(shù)字影像過程的具體步驟如下：測試樣品置于測量平臺上，結(jié)構(gòu)光測量面投影交于樣品旋轉(zhuǎn)中心，并與測量平臺垂直；結(jié)構(gòu)光分別在樣品的調(diào)制下，在樣品的表面產(chǎn)生“1”折線，通過透視逆變換可以計算得到該“1”折線每一段的長度，即獲得了結(jié)構(gòu)光照射位置的樣品空間坐標；每隔3.6度旋轉(zhuǎn)測試樣品，結(jié)構(gòu)光分別照射到2、3、4，…，位置，分別測量該位置的空間坐標；旋轉(zhuǎn)一周后，共獲取100幅圖像；將每幅圖像處理得到的樣品空間坐標按照其旋轉(zhuǎn)角度組合到一起，即構(gòu)成了測試樣品的空間坐標點云。

?(2)所述的圖像處理是指使用計算機中的圖像處理算法，獲取待測樣品圖像后，濾除原始圖像中的噪聲、背景等無用信息，經(jīng)過必要的去噪、濾波、畸變矯正、場曲還原、圖像增強等圖像前期處理后，基于特定顏色分割算法分割結(jié)構(gòu)光條，提取光條中心，最終獲取一組光條中心圖像序列。

?(3)所述的圖像變換是指根據(jù)圖像坐標系和所設(shè)計世界坐標系的逆轉(zhuǎn)換公式，對光條中心圖像序列進行透視逆變換，得到樣品輪廓線的空間坐標。該轉(zhuǎn)換的公式通過對已知尺寸的標準件進行多次成像，由標準件的各坐標系坐標推導(dǎo)而得。

?(4)所述的三維重建是指對各角度下的圖像序列經(jīng)上述處理后，獲取樣品3D坐標點云數(shù)據(jù)，并借助OpenGL、DirectX等工具按照重構(gòu)原理重建樣品三維模型，經(jīng)算法計算后自動測量目標尺寸。

本發(fā)明的工作原理如下：?本發(fā)明在特定的結(jié)構(gòu)光投射下得到各角度煙包樣品圖像，通過必要的圖像處理獲取一組或多組待分析樣品圖像，經(jīng)光條中心提取和適當修復(fù)后獲取光條中心圖像序列。最后根據(jù)透視逆變換公式，由圖像序列提取各輪廓線空間點云數(shù)據(jù)，重構(gòu)樣品三維形貌，實現(xiàn)卷煙條盒煙包尺寸測量和空隙率等指標的輸出。

本發(fā)明的工作流程如下：啟動測量軟件，打開結(jié)構(gòu)光投影器，將待測樣品放入測量平臺。操作測量軟件，獲取各角度樣品圖像，一系列圖像處理算法處理后，重建樣品三維模型，并自動輸出相應(yīng)指標數(shù)據(jù)。測量完成后，取出樣品，關(guān)閉軟件。