[發明專利]一種復雜表面和不規則物體體積的非接觸光學測量方法

有效

• 申請號: 201410338608.5
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104132613B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 林楚濤;陳培宏;曹輝;鐘土基;梁佩瑩;羅夢嬋
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司44100
• 代理人: 許英偉

技術領域

本發明涉及物體體積測量領域，尤其涉及一種復雜表面和不規則物體體積的非接觸光學測量方法。

背景技術

隨著社會和工業的快速發展，體積測量已經成為很多工業生產中不可或缺的一部分，只有高精度、高速度、應用范圍廣的體積測量裝置才能滿足現代工業生產的需求。

目前，國內在這個問題上的研究方法主要采用排水法、超聲波測體積、CT斷層三維圖像恢復和激光掃描測體積。排水法對于醫藥、化工等不能浸水的物體便無法檢測，并且測量過程不便；超聲波測體積、CT斷層三維圖像恢復和激光掃描測體積測量結果雖然準確，但由于其儀器價格昂貴，操作復雜，因此不適合推廣。

發明內容

本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種復雜表面和不規則物體體積的非接觸光學測量方法，能夠測量多種形狀不規則、表面存在凹陷的物體的體積，測量速度快、精度高、操作方便，適合推廣到多種需要體積測量的行業中。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種復雜表面和不規則物體體積的非接觸光學測量方法，包括以下步驟：

1)相機標定：采用傳統相機標定法，用尺寸已知的標定物放在標定板上，并將標定板放在測量平臺的中心，用三臺攝像頭分別拍攝標定板，通過計算機得出每臺攝像機拍攝標定物的像素，再求三臺攝像頭拍攝標定物的平均像素，從而確定空間物體表面某點的三維幾何位置與其在圖像中對應點之間的相互關系；

2)圖像采集：將被測物體放置在測量平臺的中心，LabVIEW程序和MATLAB程序通過調用攝像頭，進行圖像讀取、采集，并將圖片保存至指定的文件夾中；

3)圖像預處理：通過濾波進行圖像處理，去除圖像中的干擾信息；

4)圖像二值化處理：將采集到的圖像進行二值化處理；

5)圖像像素點和圖形高度計算：通過拍攝被測物體，通過LabVIEW程序得出被測物體的側面圖的像素，通過LabVIEW程序，找出圖像中垂直方向中距離最大的點的像素距離，即可以求出被測物體的高，從而得出圖形高度；

6)物體底面積計算：通過三臺攝像頭拍攝出的3組，每組400張的物體側面圖的圖像，求出這1200張圖像的平均像素值，并運用圖形的割補和微元原理將底面為復雜表面的多邊形轉化為規則的圖形進行計算；

7)體積計算：通過得出轉化后的物體底面積和高，從而利用體積計算公式進行體積計算。

進一步，所述圖像采集包括旋轉平臺、機械臂、三臺互成120度的攝像頭、背景幕和輔助光源，旋轉平臺由步進電機控制，三臺攝像頭放置在機械臂上并垂直照向旋轉平臺的中心，背景幕與旋轉平臺相垂直，使攝像頭拍攝被測物體時，拍攝到的畫面中充滿背景圖像，輔助光源放置在攝像頭與被測物體的中間的上方，輔助拍攝。

進一步，所述輔助光源采用由白熾燈配備燈光擴散片組成。

進一步，所述旋轉平臺由步進電機控制。

進一步，所述攝像頭采用SunTime?FX30攝像頭(CCD配鏡頭)，每秒鐘拍攝30張圖片，旋轉平臺每旋轉0.9度，攝像頭拍取一張圖像，從而和攝像頭的拍攝進行匹配，旋轉平臺一秒鐘旋轉了30*0.9度，旋轉平臺旋轉一周共需要40/3秒，則每臺攝像頭完成400張圖片的拍攝需要40/3秒

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明基于圖像處理的體積測量技術，有別于現有的排水法、超聲波測量、接觸傳感、CT斷層掃描和激光掃描等測量技術。設計出一種可以測量復雜表面和不規則物體體積的非接觸光學測量裝置，該裝置由測量平臺、步進電機、攝像機、背景幕、光源、計算機等部分組成。利用裝置中三個互成120度的攝像頭對放置在測量平臺上的物體進行圖像采集，測量平臺利用步進電機進行旋轉控制，采集圖像的程序與控制步進電機的程序同步，當物體每旋轉0.9度，攝像機拍攝一張照片，因此物體旋轉一周時每臺攝像機采集到了400張圖片，計算機將攝像機采集到的圖片實時保存至指定位置，通過計算機里的LABVIEW程序和MATLAB程序調用進行圖像的預處理、圖像二值化處理、圖像像素點和圖形高度計算、物體底面積計算等步驟，最終求得其體積。解決了目前需要通過接觸物體才能測出物體體積的困難，也解決了目前在經圖像處理到計算體積中需要對圖像進行三維重構、生成物體三維數據點、測量時間長等問題，同時也解決了CT斷層掃描、激光掃描等測試設備價格昂貴的問題。利用該裝置對復雜表面物體的體積進行測量，具有測量速度快、精度高、操作方便等優點。

本發明測量過程只需要測量平臺旋轉一周，就可以得出物體的體積，操作方便、精度高、測量時間短。