[發(fā)明專利]一種基于時(shí)間轉(zhuǎn)軸約束的雙目視覺測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610056600.9
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105698699B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巍;張洋;楊帆;高鵬;蘭志廣;李曉東;賈振元;高航
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于時(shí)間轉(zhuǎn)軸約束的雙目視覺測量方法。

背景技術(shù)

大型零構(gòu)件如大型飛機(jī)尾翼等形面尺寸將直接影響重要裝備零構(gòu)件間的高質(zhì)量連接與裝配，形面尺寸高精度的測量是保證裝備的設(shè)計(jì)要求和功能要求的必要條件，因此高精度的三維測量在大型零件裝配制造中至關(guān)重要。雙目視覺測量法是采用雙目相機(jī)采集被測物特征或用用于反映被測物形面的特征信息，通過這些特征的提取與重建，實(shí)現(xiàn)被測物形面的重建。該方法具有非接觸性、大信息、測量速度快等優(yōu)勢，已廣泛運(yùn)用在大型零件測量中，但是雙目視覺是基于圖像信息進(jìn)行重建，由于相機(jī)芯片的像元尺寸一定，當(dāng)對大尺寸零件測量時(shí)，以單視場為0.9m×1.6m，物距為1m，相機(jī)分辨率為3072×5096的情況為例，圖像像素物理尺寸為0.3-0.4mm,其理論偏差已大于航天航空零件的測量精度要求0.1-0.2mm。因此，如何提高雙目測量的測量精度是目前亟待解決的工程問題。

Hirofumi Nakai等人發(fā)表的會議論文《3D shape measurement using fixed camera and handheld laser scanner》(Nakai H,Iwai D,Sato K.3D shape measurement using fixed camera and handheld laser scanner[C]//SICE Annual Conference,2008.IEEE,2008:1536-1539.)等人設(shè)計(jì)了一套由一臺相機(jī)和一臺激光掃描測距儀組成的視覺系統(tǒng)，采用手持式線激光器進(jìn)行掃描實(shí)現(xiàn)三維形面的測量，測量過程中需要實(shí)時(shí)定位激光器位置，測量精度難以得到保證。曾巒，翟優(yōu)等發(fā)明的“一種可變結(jié)構(gòu)的雙目視覺測量系統(tǒng)及參數(shù)確定方法”,專利號CN104359461,通過改變雙目相機(jī)的光軸指向、增加輔助光路分別增大相機(jī)測量范圍、增加內(nèi)嵌標(biāo)志，從而將外部參數(shù)的標(biāo)定融入每次測量中,實(shí)現(xiàn)了變結(jié)構(gòu)雙目視覺測量,增加了立體相機(jī)的靈活性和測量范圍，但是仍采用雙目光軸交會的方式確定被測點(diǎn)，無法大幅度地提高測量的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是針對難以大幅度提高雙目視覺現(xiàn)場測量精度的問題，發(fā)明了基于時(shí)間轉(zhuǎn)軸約束的雙目視覺測量方法。該方法基于雙目視覺測量原理，結(jié)合電控旋轉(zhuǎn)平臺的激光掃描速度和測量時(shí)間的計(jì)算，建立時(shí)間轉(zhuǎn)軸約束，確定特征激光平面的空間精確位置，從而將圖像誤差轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)與時(shí)間的控制誤差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光特征信息的高精度重建，完成被測物的三維形面測量。可使空間測量誤差降低一個(gè)數(shù)量級，提高雙目視覺的三維測量精度，并融合序列圖像中激光光條重建信息完成被測物表面幾何量的測量，實(shí)現(xiàn)被測物表面激光光條的高精度重建。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于時(shí)間轉(zhuǎn)軸約束的雙目視覺測量方法，其特征是,該方法結(jié)合電控轉(zhuǎn)臺的激光掃描速度和測量時(shí)間的計(jì)算，建立時(shí)間轉(zhuǎn)軸約束，確定特征激光平面的空間精確位置，從而將圖像誤差轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)與時(shí)間的控制誤差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光特征信息的高精度重建；首先對雙目相機(jī)、激光平面初始位置、電控轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸位置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)分別進(jìn)行標(biāo)定，然后提取圖像中的激光光條特征信息，進(jìn)而通過控制激光器掃描的電控平臺的掃描速度及相機(jī)采集幀頻，確定動(dòng)態(tài)序列圖像中激光平面的空間精確位置，將雙目相機(jī)采集的激光特征點(diǎn)與激光所處的空間平面關(guān)系建立優(yōu)化模型，將基于圖像的雙目測量誤差轉(zhuǎn)換為基于時(shí)間轉(zhuǎn)軸的控制誤差，使測量誤差降低了一個(gè)數(shù)量級，并融合序列圖像中激光光條重建信息完成被測物表面幾何量的測量，實(shí)現(xiàn)被測物表面激光光條的高精度重建；方法具體步驟如下：

第一步雙目視覺系統(tǒng)的標(biāo)定

1)雙目相機(jī)的標(biāo)定

采用張正友的平面靶標(biāo)標(biāo)定方法，以靶標(biāo)平面建立世界坐標(biāo)系，對系統(tǒng)中的雙目相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，其相機(jī)模型如下：