[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的連接件識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611225007.9
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106643555B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐靜;劉順濤;陳睿;陳懇;陳雪梅;鄭林斌;何鳳濤;郭喜鋒;劉大鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

1.一種基于結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的連接件識別方法，包括步驟：

S1：搭建包括相機(jī)(1)、投影儀(2)、支架(3)以及計(jì)算機(jī)(4)的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)，相機(jī)(1)與投影儀(2)均固定于支架(3)上，使得相機(jī)(1)與投影儀(2)的相對位置固定，對結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，得到相機(jī)(1)的內(nèi)參矩陣K_C、投影儀(2)的內(nèi)參矩陣K_P以及相機(jī)(1)與投影儀(2)之間的轉(zhuǎn)換矩陣[R_CP|t_CP]，其中R_CP和t_CP分別為旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，計(jì)算機(jī)(4)存儲有來自技術(shù)手冊的標(biāo)準(zhǔn)連接件的三維特征信息；

S2：將包括不同類型的連接件的連接件組設(shè)置在相機(jī)(1)與投影儀(2)的公共視場區(qū)域內(nèi)，使投影儀(2)投影的圖像能投射到連接件組的表面上，且相機(jī)(1)能拍攝到連接件組，利用相機(jī)(1)拍攝連接件組得到原始連接件組圖像，根據(jù)原始連接件組圖像獲得原始連接件組圖像的紋理信息，原始連接件組圖像的紋理信息包括圖像上的各像素點(diǎn)在相機(jī)(1)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)及各像素點(diǎn)的光強(qiáng)；

S3：利用結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)基于N步相移法測量原理得到連接件組的三維點(diǎn)云，連接件組的三維點(diǎn)云包括不同類型的連接件上的各像素點(diǎn)在投影儀坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X_P,Y_P,Z_P)；

S4：根據(jù)步驟S2中得到的原始連接件組圖像的紋理信息和步驟S3中得到的連接件組的三維點(diǎn)云，建立原始連接件組圖像的紋理信息與連接件組的三維點(diǎn)云的對應(yīng)關(guān)系；

S5：根據(jù)步驟S4中得到的原始連接件組圖像的紋理信息與連接件組的三維點(diǎn)云的對應(yīng)關(guān)系，提取連接件組中的各類型的連接件的輪廓并識別各類型的連接件的輪廓是否符合存儲的來自技術(shù)手冊的所屬類型的標(biāo)準(zhǔn)連接件，符合則將該連接件的輪廓識別為連接件，不符合則將該連接件的輪廓識別為非連接件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的連接件識別方法，其特征在于，步驟S3包括步驟：

S31：用計(jì)算機(jī)(4)生成高頻正弦條紋模板圖像組和低頻正弦條紋模板圖像組，高頻正弦條紋模板圖像組和低頻正弦條紋模板圖像組均有N張圖像，高頻正弦條紋模板圖像組中的圖像的條紋頻率為f_h，低頻正弦條紋模板圖像組中的圖像的條紋頻率為f_l，f_h＞f_l，利用投影儀(2)分別依次將高頻正弦條紋模板圖像組和低頻正弦條紋模板圖像組中的圖像投射到連接件組的表面上并用相機(jī)(1)拍攝連接件組，分別得到第一圖像組和第二圖像組；

S32：根據(jù)步驟S31中得到的第一圖像組和第二圖像組，得到各像素點(diǎn)在相機(jī)(1)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(u_c,v_c)；

S33：根據(jù)步驟S31中得到的第一圖像組和第二圖像組，計(jì)算得到各像素點(diǎn)在相機(jī)(1)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(u_c,v_c)處的投影儀高頻相對相位φ_h和低頻相對相位φ_u，表達(dá)為：

其中，c_kh為第一圖像組中的第k張圖像在坐標(biāo)(u_c,v_c)處的灰度值，c_ku為第二張圖像組中的第k張圖像在坐標(biāo)(u_c,v_c)處的灰度值；

S34：根據(jù)步驟S33中得到的各像素點(diǎn)在相機(jī)(1)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(u_c,v_c)處的投影儀高頻相對相位φ_h和低頻相對相位φ_u，計(jì)算得到各像素點(diǎn)在相機(jī)(1)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(u_c,v_c)處的投影儀絕對相位φ_abs表達(dá)為：

其中，[*]為取整符號，T_u為低頻正弦條紋模板圖像組中的圖像的條紋周期；T_h為高頻正弦條紋模板圖像組中的圖像的條紋周期；

S35，根據(jù)步驟S34中得到的各像素點(diǎn)在相機(jī)(1)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(u_c,v_c)處的投影儀絕對相位φ_abs，得到各像素點(diǎn)在投影儀(2)的圖像坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo)值u_p；

S36：各像素點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)記為(X_C,Y_C,Z_C)，各像素點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X_C,Y_C,Z_C)和其對應(yīng)的在相機(jī)(1)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(u_c,v_c)滿足第一等式：

各像素點(diǎn)在投影儀坐標(biāo)系下的坐標(biāo)記為(X_P,Y_P,Z_P)，各像素點(diǎn)在投影儀坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X_P,Y_P,Z_P)和其對應(yīng)的在投影儀(2)的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(u_p,v_p)滿足第二等式：

各像素點(diǎn)在投影儀坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X_P,Y_P,Z_P)和其對應(yīng)的在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X_C,Y_C,Z_C)滿足第三等式：

根據(jù)第一等式、第二等式和第三等式計(jì)算得到各像素點(diǎn)在投影儀坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)(X_P,Y_P,Z_P)，即得到連接件組的三維點(diǎn)云。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的連接件識別方法，其特征在于，步驟S5包括步驟：

S51：根據(jù)步驟S2中得到的原始連接件組圖像的紋理信息，對原始連接件組圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括濾波，降噪；

S52：根據(jù)步驟S51中得到的預(yù)處理后的原始連接件組圖像，提取原始連接件組圖像的輪廓特征，得到輪廓序列；

S53：連接件組中不同類型的連接件均為圓形連接件，則在原始連接件組圖像中不同類型的連接件為橢圓形，在步驟S52得到的輪廓序列中，對每一輪廓進(jìn)行橢圓擬合，并計(jì)算橢圓擬合誤差，對于橢圓擬合誤差小于所設(shè)閾值的，則判定為該輪廓可能為連接件輪廓，并存儲為預(yù)選輪廓集合，預(yù)選輪廓集合包括連接件組中的各類型的連接件的輪廓；

S54：對于預(yù)選輪廓集合中的各類型的連接件的輪廓，根據(jù)步驟S4中得到的連接件組圖像的紋理信息與連接件的三維點(diǎn)云的對應(yīng)關(guān)系，得到輪廓內(nèi)部及其鄰域附近的三維點(diǎn)云；

S55：對輪廓內(nèi)部及其鄰域附近的三維點(diǎn)云進(jìn)行處理，計(jì)算連接件組中各類型的連接件的三維特征，三維特征包括平面參數(shù)，將連接件組中各類型的連接件的三維特征與存儲的來自技術(shù)手冊的所屬類型的標(biāo)準(zhǔn)連接件進(jìn)行對比，如果連接件組中的連接件的三維特征符合存儲的來自技術(shù)手冊的所屬類型的標(biāo)準(zhǔn)連接件的三維特征，則該連接件的輪廓識別為連接件，否則識別為非連接件，其中，平面參數(shù)為連接件的平面直徑。