[發明專利]一種面向噴涂生產線的3D智能相機系統與工件在線測量方法

有效

• 申請號: 201810271919.2
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108592788B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 肖昌炎;雷禧生;譚立春;梁橋康;繆慧司;曾雙龍
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

1.一種面向噴涂生產線的3D智能相機系統與工件在線測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：設定成像設備以完成成像；

S2：提取目標工件深度圖像；濾除背景噪音并提取出目標工件深度圖像；

S3：對所述目標工件深度圖像經過多尺度多結構元素的形態學邊緣檢測得到目標工件深度圖像的單邊緣輪廓；

S4：對所述目標工件單邊緣輪廓經過像素灰度極值搜索操作，完成二維圖像坐標系內所述目標工件的尺寸測量，通過三維圖元自適應步長線掃描和截尾均值統計，完成待噴涂工件點云中關鍵點的提?。?/p>

所述步驟S1中搭建了一個實現工件在線測量的設備，包括結構光發生器、成像模塊、嵌入式計算單元、外部觸發與IO接口單元；所述結構光發生器包括一個紅外散斑投影器和四個近紅外LED點光源，相機鏡頭前端安裝帶通濾光片，紅外散斑投影器和四個近紅外LED點光源都安裝在同一個剛性結構上；所述成像模塊包括一對黑白工業相機和一臺RGB工業相機，一對黑白工業相機水平且間隔一定距離擺放，RGB相機位于黑白工業相機對的一側且與黑白工業相機處于同一水平線上；所述嵌入式計算單元安裝在成像模塊后側與IO接口相連；所述外部觸發單元包括一個激光漫 反射傳感器，激光漫 反射傳感器的一端連接安裝于生產線支架的附近或光電開關附近，外部觸發成像模塊采集圖像。

2.根據權利要求1所述的面向噴涂生產線的3D智能相機系統與工件在線測量方法，其特征在于，所述步驟S2中采用形態學雙邊深度閾值分割進行深度圖像預處理，即目標工件深度圖像提取的方法為：對直接采集到的深度圖像進行開操作以平滑目標工件邊緣，消除圖像中的細小的噪點；再經過閉操作以連通狹窄的間斷，填補深度圖像的孔洞；深度灰度圖像每一點的灰度值根據該點的深度值決定，通過設置遠邊界與近邊界的深度閾值，即可消除背景與前景的干擾；最后在深度相機的視場中設置有效圖像采集區域，只對區域內的圖像進程處理，區域外的圖像灰度都設為0，提取出目標工件深度圖像。

3.根據權利要求1所述的面向噴涂生產線的3D智能相機系統與工件在線測量方法，其特征在于，所述步驟S3中采用自適應多尺度多結構邊緣檢測對預處理后的圖像進行單邊緣檢測；即：根據工業現場不同的程度的噪聲干擾，利用多種不同大小的結構元素按照相應的權值進行融合處理，利用多種不同的尺度元素按照相應的權值進行融合處理，最后根據一定比例構造出一個適應該工件該生產環境的多尺度多結構邊緣檢測算子；通過所述檢測算子得到目標工件深度圖像的單邊緣輪廓。

4.根據權利要求1或2或3所述的面向噴涂生產線的3D智能相機系統與工件在線測量方法，其特征在于，所述步驟S4中采用單像素灰度極值搜索算法對目標工件深度圖像的單邊緣輪廓進行處理；即：對所述單邊緣輪廓通過像素指針操作，搜索到所述單邊緣輪廓上下左右四個端點的坐標，通個這些端點坐標計算出二維圖像坐標系內所述目標工件的長、寬與中心點，利用步驟相機標定獲得的相機內外參數，將圖像坐標系的長寬值轉換為現實坐標系的長寬值，結合中心點的深度值，所得長、寬與深度值就是噴涂工件的三維尺寸。

5.根據權利要求4所述的面向噴涂生產線的3D智能相機系統與工件在線測量方法，其特征在于，采用三維圖元自適應步長線掃描方法對目標工件深度圖像的單邊緣輪廓進行處理；即：對所述單邊緣輪廓，對其(x,y)平面的坐標(x,y)利用二維圖元自適應步長線掃描，得出一組(x,y)平面上的掃描點，對其(z,y)平面的坐標(z,y)利用二維圖元自適應步長線掃描，得出一組(z,y)平面上的掃描點；對同一目標可多次掃描并記錄結果，對記錄的結果進行統計學分析，替換誤差值大的點，按照y坐標的大小排序與目標工件在圖像坐標系的中心軸線匹配，最后所得掃描點即待噴涂工件點云中的關鍵點。