專利名稱：基于多目視覺的船舶鋼板動態(tài)三維測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種船舶制造過程中對船體鋼板彎曲變形的測量技術(shù)，具體是ー種基于多目視覺的船舶鋼板動態(tài)三維測量方法。
背景技術(shù)：
船舶鋼板的彎曲是船舶制造的重要環(huán)節(jié)。由于船舶用鋼板較厚，要將ー塊厚鋼板精確地彎曲到設(shè)計要求的形狀是非常困難的。目前造船企業(yè)大多采用火燒之后手工敲打，然后再比對目標模型。由于目前的加工方法勞動強度大、費時、精度和效率低，為此我公司研發(fā)了船舶鋼板彎曲自動化控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中必須解決的問題是如何測量船舶鋼板 動態(tài)三維形狀的變化。由于鋼板表面不能加傳感器，只能采用非接觸測量法。目前，常用的非接觸測量法是激光測量法和視覺測量法，用激光測量法測量靜止物體時，可以獲得精確的三維數(shù)據(jù)，但是在測量動態(tài)物體時對環(huán)境的要求較高，具有時軸不對應(yīng)、測量速度慢、使用不方便的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是能夠提供ー種不接觸鋼板表面，能自動、及時、方便、精確地測量鋼板動態(tài)變化的基于多目視覺的船舶鋼板動態(tài)三維測量方法。本發(fā)明的方法是在船舶鋼板彎曲自動化控制系統(tǒng)的測量架上固定四臺分辨率在1440*1080以上，幀率是IOfps的同步高分辨エ業(yè)相機，四臺エ業(yè)相機由1394線和1394卡連接到一臺能進行存儲和分析的高性能計算機，進行船舶鋼板動態(tài)三維測量數(shù)據(jù)分析，包括動態(tài)三維測量和算法步驟；動態(tài)三維測量和算法步驟包括a.在被測量的鋼板上畫一些稀疏的點或者字符；b.四臺標定的同步相機拍攝鋼板運動圖像；c.采用MeanShift圖像分割算法和Canny邊緣檢測算法在圖像中分割出要測量的部位，找到其邊界；d.采用SURF算法和DOG方法提取鋼板上的局部特征，得到大量的局部特征點以及每個點的特征描述符；e.根據(jù)局部特征點的特征描述符和四個相機之間的極線約束關(guān)系找到部分正確匹配的特征點，采用多視幾何的理論求解出正確的特征點所對應(yīng)的三維空間坐標；f.過濾噪聲點，保留正確的三維空間點；g.采用區(qū)域增長的方式獲得更多的精確的點；h.根據(jù)正確的三維空間點，采用三維空間插值的方式，反算出NURBS曲面控制點；i.采用NURBS曲面生成算法生成NURBS曲面；j.對比和計算測量數(shù)據(jù)與目標曲面的高斯曲率和平均曲率，根據(jù)曲率判斷測量數(shù)據(jù)與目標數(shù)據(jù)相差的程度。


圖I是本發(fā)明方法的硬件連接圖；圖2是本發(fā)明方法的流程圖；圖3是本發(fā)明實施中四臺相機之間極線幾何約束圖。
具體實施例方式本發(fā)明方法的硬件連接如圖I所示，包括固定在測量架上的四臺分辨率在1440*1080以上，幀率是IOfps的同步高分辨エ業(yè)相機，四臺エ業(yè)相機拍攝的圖像由1394線和1394卡傳輸?shù)揭慌_能進行存儲和分析的高性能計算機，進行船舶鋼板動態(tài)三維測量數(shù)據(jù)分析。

本發(fā)明方法的流程如圖2所示I、在被測量的鋼板上畫上一些不會被燒掉的稀疏的點或者字符，這些點或者字符用于在時間軸上尋找對應(yīng)關(guān)系，盡量在被測量鋼板的邊緣上多畫一些點，這樣有助于精確測量被測鋼板的邊緣。2、四臺固定在測量架上的分辨率在1440*1080以上，幀率是IOfps的同步高分辨エ業(yè)相機同步拍攝鋼板的變形過程，并將所拍攝的圖像實時傳入計算機，進行分析；可以采用外觸發(fā)或者軟件觸發(fā)同步方式進行。3、采用MeanShift算法和Canny算法相結(jié)合的方法，從圖像中分割出要測量的部位；首先采用Meanshift算法分割圖像，然后采用Canny邊緣檢測算法尋找精確的邊界。4、采用SURF算法和DOG方法提取鋼板上的局部特征，得到大量的局部特征點以及每個點的特征描述符。5、根據(jù)局部特征點的特征描述符和四個相機之間的極線約束關(guān)系找到部分正確匹配的特征點，采用多視幾何的理論求解出正確的特征點所對應(yīng)的三維空間坐標，步驟如下四臺相機之間極線幾何約束圖如圖3所示，利用特征描述符和極線幾何約束在四個相機圖像上找到對應(yīng)點Pi = (Xi⑵，yi⑵，1)τ，I彡i彡4，通過優(yōu)化公式(I)的能量函數(shù)，求得Pi的精確的亞象素對應(yīng)關(guān)系。E1 = Σ [/. {w (X；^. ))-^(^)]2]⑴其中qi = (qn，. . . .，qin)T表示不同相機上相同圖像塊之間的仿射或者平移參數(shù)。當優(yōu)化(I)之后，就會求得仿射或者平移參數(shù)，從而獲得精確的特征點對應(yīng)關(guān)系。當獲得精確的像點對應(yīng)關(guān)系之后，通過多視幾何的理論求得所對應(yīng)的空間坐標。用Mi = (M11,M12,M13)τ，I彡i彡4，表示四個相機的投影矩陣，X = (x(3), y(3), z(3)，1)τ表示像點Pi所對應(yīng)的空間點齊次坐標，通過解方程組(2)得到X。
'[P1] メ丨)Hヤ Χ = °⑵
Jp4Ix
其中
權(quán)利要求
1.基于多目視覺的船舶鋼板動態(tài)三維測量方法，該方法是在船舶鋼板彎曲自動化控制系統(tǒng)的測量架上固定四臺分辨率在1440*1080以上，幀率是IOfps的同步高分辨エ業(yè)相機，四臺エ業(yè)相機由1394線和1394卡連接到一臺能進行存儲和分析的高性能計算機，進行船舶鋼板動態(tài)三維測量數(shù)據(jù)分析，包括動態(tài)三維測量和算法步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多目視覺的船舶鋼板動態(tài)三維測量方法，其特征是所述動態(tài)三維測量和算法步驟包括， a.在被測量的鋼板上畫一些稀疏的點或者字符； b.四臺標定的同步相機拍攝鋼板運動圖像； c.采用MeanShift圖像分割算法和Canny邊緣檢測算法在圖像中分割出要測量的部位，找到其邊界； d.采用SURF算法和DOG方法提取鋼板上的局部特征，得到大量的局部特征點以及每個點的特征描述符； e.根據(jù)局部特征點的特征描述符和四個相機之間的極線約束關(guān)系找到部分正確匹配的特征點，采用多視幾何的理論求解出正確的特征點所對應(yīng)的三維空間坐標； f.過濾噪聲點，保留正確的三維空間點； g.采用區(qū)域增長的方式獲得更多的精確的點； h.根據(jù)正確的三維空間點，采用三維空間插值的方式，反算出NURBS曲面控制點； i.采用NURBS曲面生成算法生成NURBS曲面； j.對比和計算測量數(shù)據(jù)與目標曲面的高斯曲率和平均曲率，根據(jù)曲率判斷測量數(shù)據(jù)與目標數(shù)據(jù)相差的程度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船舶制造過程中對船體鋼板彎曲變形的測量技術(shù)，具體是一種基于多目視覺的船舶鋼板動態(tài)三維測量方法。該方法是在船舶鋼板彎曲自動化控制系統(tǒng)的測量架上固定四臺分辨率在1440*1080以上，幀率是10fps的同步高分辨工業(yè)相機，四臺工業(yè)相機拍攝的圖像由1394線和1394卡傳輸?shù)揭慌_能進行存儲和分析的高性能計算機，進行船舶鋼板動態(tài)三維測量數(shù)據(jù)分析，包括動態(tài)三維測量和算法步驟。本發(fā)明提供一種不接觸鋼板表面，能自動、及時、方便、精確地測量船體鋼板動態(tài)三維的測量方法。
文檔編號G01B21/20GK102679937SQ201110063778
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者史金龍, 張洪濤 申請人:鎮(zhèn)江億海軟件有限公司