專利名稱：一種基于等灰度線搜索的三維表面提取方法
技術領域：
本發(fā)明涉及物理領域，尤其涉及測量技術，特別涉及物體表面的三維數(shù)據(jù)測量，具體的是一種基于等灰度線搜索的三維表面提取方法。
背景技術：
在汽車沖壓生產(chǎn)線上，因為磨具的損耗，在沖壓過程中，成型的產(chǎn)品與標準的產(chǎn)品并不會完全一致，而存在一定的誤差。這種誤差是存在于三維空間的微小形變，通過目前現(xiàn)有的人工檢測方法無法滿足生產(chǎn)的需要，而不得不使用抽檢的方法，因此無法保證所有產(chǎn)品的質量。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于等灰度線搜索的三維表面提取方法，所述的這種基于等灰度線搜索的三維表面提取方法要解決現(xiàn)有技術中汽車沖壓生產(chǎn)線無法快速檢測成型產(chǎn)品的微小形變的技術問題。本發(fā)明的這種基于等灰度線搜索的三維表面提取方法包括一個利用攝像機取得物體表面圖像、并從所述的物體表面圖像中計算重建物體三維表面的過程，其中，在所述的利用攝像機取得物體表面圖像、并從所述的物體表面圖像中計算重建物體三維表面的過程中，利用直線光源向所述的物體表面投射網(wǎng)格線，利用攝像機取得所述的網(wǎng)格線在物體表面的投射圖像，根據(jù)投射在物體表面的網(wǎng)格線中橫向直線和縱向直線的形變量，計算得到投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點相對于同一直線光源投射在一個基準平面上的網(wǎng)格線中各交點的偏移量，再根據(jù)直線光源與攝像機鏡頭光軸的夾角，計算得到投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點相對于所述的基準平面上的網(wǎng)格線中各交點的高度，從而獲得投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)，最后利用三維表面重建方法和網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)重建最終的三維表面。進一步的，所述的三維表面重建方法包括一個采用線性插值方法填充網(wǎng)格線中各直線之間的點的高度信息的步驟。進一步的，所述的直線光源中包括有兩個條紋激光投影光源，所述的兩個條紋激光投影光源的投影光條紋相互垂直。進一步的，利用計算機從攝像機所取得的物體表面圖像中根據(jù)灰度從背景中判斷投射在物體表面的網(wǎng)格線。進一步的，利用沿直線搜索的方法分別獲得橫向及縱向的高度信息，通過兩者的位置關系進行高度的調整，從而獲得網(wǎng)格線交點的三維位置信息。進一步的，所述的沿直線搜索從而獲得高度信息的方法中，采用一個根據(jù)優(yōu)先級的搜索順序而獲得有效直線信息的方法。本發(fā)明和已有技術相比較，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明利用兩個正交的條紋激光光源在汽車沖壓生產(chǎn)線中成型產(chǎn)品的表面投射網(wǎng)格線，利用攝像機獲取物體表面包括網(wǎng)格線的圖像，根據(jù)灰度從背景中判斷投射在物體表面的網(wǎng)格線，根據(jù)網(wǎng)格線中橫向直線和縱向直線的形變量，計算得到投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點相對于基準平面上的網(wǎng)格線中各交點的高度，從而獲得投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)，最后利用三維表面重建方法和網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)重建最終的三維表面，能夠有效地檢測出待測物體表面的微小變化，而且通過機器視覺系統(tǒng)完全集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上，進行在線檢測，從而大幅度提聞了廣品質量檢驗的效率。


圖I是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法中的高度計算方法的示意圖。
圖2是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的示意圖。圖3是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例的示意圖。圖4是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法中的直線搜索方法的示意圖。圖5是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中的待檢測物體的示意圖。圖6是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中攝像機從待檢測物體表面取得的橫向條紋圖。圖7是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中攝像機從待檢測物體表面取得的縱向條紋圖。圖8是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中從圖7的橫向條紋圖中提取得到的橫向直線圖。圖9是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中從圖8的縱向條紋圖中提取得到的縱向直線圖。圖10是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中搜索直線后得到的高度圖。圖11是圖10中高度調整后得到的表面高度圖。圖12是圖11經(jīng)過插值填充后得到的三維表面圖。圖13是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中事先提取的標準物體的三維模型。圖14是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中物體表面存在異物時的圖像。圖15是本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法的一個實施例中提取的表面存在異物的物體圖像。
具體實施例方式實施例I :本發(fā)明的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法包括一個利用攝像機取得物體表面圖像、并從所述的物體表面圖像中計算重建物體三維表面的過程，其中，在所述的利用攝像機取得物體表面圖像、并從所述的物體表面圖像中計算重建物體三維表面的過程中，利用直線光源向所述的物體表面投射網(wǎng)格線，利用攝像機取得所述的網(wǎng)格線在物體表面的投射圖像，根據(jù)投射在物體表面的網(wǎng)格線中橫向直線和縱向直線的形變量，計算得到投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點相對于同一直線光源投射在一個基準平面上的網(wǎng)格線中各交點的偏移量，再根據(jù)直線光源與攝像機鏡頭光軸的夾角，計算得到投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點相對于所述的基準平面上的網(wǎng)格線中各交點的高度，從而獲得投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)，最后利用三維表面重建方法和網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)重建最終的三維表面。進一步的，所述的三維表面重建方法包括一個采用線性插值方法填充網(wǎng)格線中各直線之間的點的高度信息的步驟。進一步的，所述的直線光源中包括有兩個條紋激光投影光源，所述的兩個條紋激光投影光源的投影光條紋相互垂直。 進一步的，利用計算機從攝像機所取得的物體表面圖像中根據(jù)灰度從背景中判斷投射在物體表面的網(wǎng)格線。進一步的，利用沿直線搜索的方法分別獲得橫向及縱向的高度信息，通過兩者的位置關系進行高度的調整，從而獲得網(wǎng)格線交點的三維位置信息。進一步的，所述的沿直線搜索從而獲得高度信息的方法中，采用一個根據(jù)優(yōu)先級的搜索順序而獲得有效直線信息的方法。如圖I所示，C代表攝像機，P代表投影光，Q代表基準面上的點，Q’代表物體表面上的點，β代表投影光軸與豎直方向的夾角，h代表物體在Q’的高度，xl，x2代表攝像機捕捉到畫面上的點的像素坐標。通過幾何關系，可以得到公式(I)tan/ 其中k表示從像素坐標系到實際真實坐標系的系數(shù)。該系數(shù)可以通過系統(tǒng)標定獲得。從公式(I)可知為了獲得高度h，必須知道像素偏移的距離，S卩(x2-xl)的值。為了測定這個距離，可以通過投射直線光源，從直線的形變量測得像素的偏移。如圖2所示，在本發(fā)明的一個實施例中，為了分別獲得橫向和縱向的相對高度，并且要求是正交的直線投影，采用兩個橫紋的激光光源Laserl和Laser2，成90度正交擺置。由此在其直線相交的中心區(qū)域可以獲得一個矩形的正交網(wǎng)格線投影。如圖3所示，攝像機采樣得到的被形變了的直線。在圖3中找到橫豎直線的交點，然后從交點出發(fā)，沿直線分別搜索上下左右四個方向，找出直線上的點相對于起始點的高度。Qiujl :已知高度的交點,其坐標為(il, jl).Qi2j2j :沿直線找到的下一個交點，其坐標為(i2，j2).因此可以得到Qi2, j2的高度hi2,2J
權利要求
1.一種基于等灰度線搜索的三維表面提取方法，包括一個利用攝像機取得物體表面圖像、并從所述的物體表面圖像中計算重建物體三維表面的過程，其特征在于在所述的利用攝像機取得物體表面圖像、并從所述的物體表面圖像中計算重建物體三維表面的過程中，利用直線光源向所述的物體表面投射網(wǎng)格線，利用攝像機取得所述的網(wǎng)格線在物體表面的投射圖像，根據(jù)投射在物體表面的網(wǎng)格線中橫向直線和縱向直線的形變量，計算得到投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點相對于同一直線光源投射在一個基準平面上的網(wǎng)格線中各交點的偏移量，再根據(jù)直線光源與攝像機鏡頭光軸的夾角，計算得到投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點相對于所述的基準平面上的網(wǎng)格線中各交點的高度，從而獲得投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)，最后利用三維表面重建方法和網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)重建最終的三維表面。
2.如權利要求I所述的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法，其特征在于所述的三維表面重建方法包括一個采用線性插值方法填充網(wǎng)格線中各直線之間的點的高度信息的步驟。
3.如權利要求I所述的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法，其特征在于所述的直線光源中包括有兩個條紋激光投影光源，所述的兩個條紋激光投影光源的投影光條紋相互垂直。
4.如權利要求I所述的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法，其特征在于利用計算機從攝像機所取得的物體表面圖像中根據(jù)灰度從背景中判斷投射在物體表面的網(wǎng)格線。
5.如權利要求I所述的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法，其特征在于分別在沿橫向直線及縱向直線的方向上，根據(jù)設定的優(yōu)先級順序，搜索直線上的點像素坐標位置，獲得直線的形變量。
6.如權利要求I所述的基于等灰度線搜索的三維表面提取方法，其特征在于分別通過橫向直線及縱向直線的形變量在其相交點的位置關系進行高度的調整，從而獲得網(wǎng)格線交點的三維位置信息。
全文摘要
一種基于等灰度線搜索的三維表面提取方法，利用兩個正交的條紋激光光源在汽車沖壓生產(chǎn)線中成型產(chǎn)品的表面投射網(wǎng)格線，利用攝像機獲取物體表面包括網(wǎng)格線的圖像，根據(jù)灰度從背景中判斷投射在物體表面的網(wǎng)格線，根據(jù)網(wǎng)格線中橫向直線和縱向直線的形變量，計算得到投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點相對于基準平面上的網(wǎng)格線中各交點的高度，從而獲得投射在物體表面的網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)，最后利用三維表面重建方法和網(wǎng)格線中各交點的三維位置數(shù)據(jù)重建最終的三維表面，能夠有效地檢測出待測物體表面的微小變化，而且通過機器視覺系統(tǒng)完全集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上，進行在線檢測，從而大幅度提高了產(chǎn)品質量檢驗的效率。
文檔編號G01B11/25GK102798349SQ201110134778
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權日2011年5月24日
發(fā)明者沈安祺 申請人:上海瑞伯德智能系統(tǒng)科技有限公司