[發明專利]管路端頭空間位姿測量方法及系統

在審

• 申請號: 202011167106.2
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112381847A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 張一弛;張繼耀;李磊剛;任茂棟
• 申請（專利權）人: 新拓三維技術（深圳）有限公司
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/66;G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 黃議本

本發明的實施例公開一種管路端頭空間位姿測量方法及系統。所述方法包括：對包括多個相機的測量系統進行標定，獲取各個所述相機的內參數和外參數；采集管路圖像；對所述管路圖像中的端頭區域進行亞像素邊緣提取，并對所述邊緣進行形狀擬合；進行圖像篩選以減少對所述管路圖像中的端頭區域進行亞像素邊緣提取時亞像素邊緣提取誤差引入的端頭邊緣點重建誤差；根據擬合結果獲得管路端頭中心點空間坐標初值以及管路端面法向量初值；根據所述中心點空間坐標初值和所述法向量初值構建投影平面并迭代優化，實現所述管路端頭的空間位姿測量。所述系統能實現所述方法。本發明的實施例能提高管路端頭空間位姿測量的精度。

技術領域

本發明涉及管路測量技術領域，特別涉及一種管路端頭空間位姿測量方法及系統。

背景技術

管路廣泛應用于航空航天、汽車發動機等場景，其加工質量會直接影響到產品的功能實現。因此，亟需管路的參數化測量方法以實現加工誤差檢測與補償。傳統的管路參數化測量方法主要關注管路的幾何形態，對端頭的空間位姿測量精度不高，但是管路端頭的相對位置以及姿態將直接影響管路的安裝精度。

管路端頭空間位姿測量主要包括端頭中心點空間坐標以及法向量的測量。現有的管路端頭空間位姿測量方法主要有靠模法、叉式測量法、基于機器視覺的方法等。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構思及技術方案，其并不必然屬于本發明的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本發明的申請日之前已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本發明的新穎性和創造性。

發明內容

靠模法過程依賴人工且無法獲取管路的參數化測量結果；叉式測量法測量精度依賴高精度機械臂，測量局限性大且測量過程中同樣依賴人工操作；基于機器視覺測量管路端頭空間位姿的方法主要是拍攝多個視角管路圖像并對端頭區域進行邊緣提取及橢圓擬合獲取每個視角端頭二維坐標，進而利用多視角重建原理獲取端頭圓心坐標，端面法向量則是與端頭所在直線段法向量一致。這種方法依賴橢圓擬合的精度，但是工程應用中拍攝的管路圖像端頭區域中往往只有部分邊緣可以使用，因此擬合橢圓的精度不高，從而導致端頭中心點坐標計算精度不高，一般在0.3mm左右。此外，這種方法得到的端面的法向量與端頭所在直線段法向量保持一致，因此不適用于端面在管路折彎部分時的情況。

針對目前的測量方法中存在的人工操作復雜、測量結果難以量化或精度不高的技術問題，本發明提出一種管路端頭空間位姿測量方法及系統，具有操作簡單、能實現參數化測量以及測量精度高的特點。

在第一方面，本發明提供一種管路端頭空間位姿測量方法，包括：

對包括多個相機的測量系統進行標定，獲取各個所述相機的內參數和外參數；

采集管路圖像；

對所述管路圖像中的端頭區域進行亞像素邊緣提取，并對所述邊緣進行形狀擬合；

進行圖像篩選以減少對所述管路圖像中的端頭區域進行亞像素邊緣提取時亞像素邊緣提取誤差引入的端頭邊緣點重建誤差；

根據擬合結果獲得管路端頭中心點空間坐標初值以及管路端面法向量初值；

根據所述中心點空間坐標初值和所述法向量初值構建投影平面并迭代優化，實現所述管路端頭的空間位姿測量。

在一些優選的實施方式中，對包括多個相機的測量系統進行標定，獲取各個所述相機的內參數和外參數，具體包括：通過包括環形編碼點和圓形非編碼點的標定板對測量系統進行標定以獲得各個相機的內參數和外參數。

在一些優選的實施方式中，通過包括環形編碼點和圓形非編碼點的標定板對測量系統進行標定以獲得各個相機的內參數和外參數，具體包括：

利用攝影測量原理測量標定板上環形編碼點和圓形非編碼點的三維空間數據；