[發(fā)明專利]一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110732138.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113379902A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許景波;姜宇航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T7/80;G06T7/13
• 代理公司: 哈爾濱三目知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 23214
• 代理人: 劉冰;馮慶柱

1.一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，其特征在于：所述的方法首先根據(jù)激光掃描的原理、光學(xué)三角法原理設(shè)計(jì)光學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通過(guò)幾何關(guān)系計(jì)算焊縫水平和垂直位置的變化信息；其中，整個(gè)系統(tǒng)主要由攝像頭和工控機(jī)構(gòu)成，采用CCD攝像頭進(jìn)行焊縫圖像的采集，以J1900工控機(jī)為處理單元，通過(guò)調(diào)試，給出圖像采集與顯示的效果；然后，通過(guò)焊縫識(shí)別算法，對(duì)得到的原始圖像進(jìn)行數(shù)字形態(tài)的濾波、去噪的預(yù)處理工作，對(duì)預(yù)處理后的焊縫圖像進(jìn)行特征點(diǎn)的識(shí)別；最后，根據(jù)焊縫圖像中心點(diǎn)的位置變化推導(dǎo)出實(shí)際焊縫中心點(diǎn)的偏差，通過(guò)對(duì)識(shí)別到的圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，還原出焊接后的整體三維圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，其特征是，所述的特征提取與三維重建方法包括以下步驟：

步驟一、獲取焊縫圖像，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定建立模型，將焊縫圖像中焊縫在結(jié)構(gòu)光條紋的圖像坐標(biāo)系下的圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為攝像機(jī)坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)化到基于機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

步驟二、圖像預(yù)處理；

步驟三、采用Harris角點(diǎn)檢測(cè)算法進(jìn)行特征點(diǎn)提??；

步驟四、使用貪婪投影三角化算法進(jìn)行三角化處理，實(shí)現(xiàn)焊縫圖像的三維重建過(guò)程。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，其特征是，所述的特征提取與三維重建方法中，步驟一的具體過(guò)程為：

所述的視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定包括攝像機(jī)標(biāo)定、線結(jié)構(gòu)光平面的標(biāo)定和手眼標(biāo)定三部分；

攝像機(jī)標(biāo)定包括兩部分：內(nèi)參的標(biāo)定和外參的標(biāo)定；內(nèi)參的標(biāo)定，是指攝像機(jī)的焦距、畸變系數(shù)、中心點(diǎn)的標(biāo)定；外參的標(biāo)定，是指攝像機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣與移動(dòng)矩陣的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

攝像機(jī)標(biāo)定方法有兩種：傳統(tǒng)的相機(jī)標(biāo)定和自標(biāo)定，自標(biāo)定無(wú)需標(biāo)定，被廣泛應(yīng)用于手眼標(biāo)定中，只需通過(guò)從各個(gè)角度和方向拍攝多幅圖像就可實(shí)現(xiàn)；

結(jié)構(gòu)光平面的標(biāo)定，通過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定之后，并利用多個(gè)特征點(diǎn)求得線結(jié)構(gòu)光平面。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，其特征是，所述的特征提取與三維重建方法中，步驟一的圖像預(yù)處理具體過(guò)程為：

第一，圖像去燥，有效去除焊縫圖像中的各種噪聲和干擾；第二，圖像二值化，使圖像中焊縫信息與背景信息分開(kāi)，提高對(duì)比度，突出焊縫信息；第三，焊縫邊緣檢測(cè)，其目的進(jìn)行圖像分割，把焊縫橫截面輪廓的重要信息提取出來(lái)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，其特征是，所述的特征提取與三維重建方法中，步驟三、特征點(diǎn)提取；

把V型坡口焊縫的最低點(diǎn)作為特征點(diǎn)，提取特征點(diǎn)；

具體為：

步驟三一、確認(rèn)中線，

邊緣提取后，將兩條邊緣之間的中心線確認(rèn)為中線，所述的中線保留了圖像中原有的特性，包括形狀、連貫性，通過(guò)對(duì)該中心線的特性分析，得到原圖像的各項(xiàng)特征；

步驟三二、圖像掃描獲得中間點(diǎn)的行坐標(biāo)；

對(duì)于經(jīng)邊緣提取后得到的二值圖像采用一上下像素掃描法進(jìn)行掃描，即：

從第一列像素開(kāi)始，分別從上往下和從下往上兩個(gè)方向上進(jìn)行像素掃描，并分別記錄第一次遇到灰度值為255的像素的行坐標(biāo)x1和x2，并把其像素的灰度值賦值為Oo，計(jì)算兩個(gè)行坐標(biāo)的差，當(dāng)差小于5時(shí)，認(rèn)為單邊緣則舍去，當(dāng)差大于或等于5時(shí)，求兩個(gè)行坐標(biāo)的平均值，即為兩條邊緣中間點(diǎn)行坐標(biāo)；

步驟三三、把中間點(diǎn)位置的像素灰度值賦值為255；

所述的中心線代表焊縫的橫截面，在焊縫最低點(diǎn)所在的鄰域內(nèi)，所述的點(diǎn)處有兩個(gè)方向上的灰度值變化；一個(gè)是沿著焊縫橫截面左邊緣的方向，另一個(gè)是沿著焊縫橫截面右邊緣的方向。

6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或5所述的一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，其特征是，所述的特征提取與三維重建方法中，步驟四的焊縫圖像的三維重建過(guò)，具體程為：

將曲面重建運(yùn)用在焊縫圖像數(shù)據(jù)獲取后的顯示，使用Visual Studio結(jié)合PCL實(shí)現(xiàn)曲面重建，使用貪婪投影三角化算法進(jìn)行三角化處理；首先創(chuàng)建一個(gè)初始三角形，并繼續(xù)添加新的三角形，直到遍歷點(diǎn)云中的所有點(diǎn)。