一种测量动态回转体椭圆度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测量领域，具体涉及一种测量动态回转体椭圆度的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在国内，虽然有应用超声波测距、激光测距对回转体椭圆度检测的文章报 道，但由于超声波测距误差一般为0. 5%，当距离仅为5m时其测量误差就可能高达25mm， 而激光测距又由于成本过高，不适于普及使用。在国外，虽然有利物浦公司电子式测量仪、 丹麦雷法测窑公司无线式椭圆仪等，但是由于其技术垄断机器价格昂贵。
[0003] 因此，需要一种新的测量动态回转体椭圆度的方法以解决上述问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够测量动态回转体椭圆度的方 法。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明测量动态回转体椭圆度的方法可采用如下技术方 案：
[0006] 一种测量动态回转体椭圆度的方法，采用测量动态回转体椭圆度的装置，所述测 量动态回转体椭圆度的装置包括特征光源、第一摄像机、第二摄像机和计算机，所述特征光 源照射回转体并在所述回转体上形成光斑，所述第一摄像机和第二摄像机分别位于所述特 征光源的两侧并朝向所述回转体，所述光斑位于所述第一摄像机和第二摄像机的拍摄范围 内，所述第一摄像机和第二摄像机均连接所述计算机，包括以下步骤：
[0007] 1)、利用特征光源制作光斑，
[0008] 2)、对所述第一摄像机和第二摄像机进行调焦；
[0009] 3)、对所述第一摄像机和第二摄像机进行标定，通过标定得到所述第一摄像机和 第二摄像机的参数，所述参数包括第一摄像机和第二摄像机的外部参数以及第一摄像机和 第二摄像机的内部参数；
[0010] 4)、利用所述计算机控制所述第一摄像机和第二摄像机同时对所述光斑进行采 图，其中，第一摄像机的图像为参考图像，第二摄像机的图像为目标图像；
[0011] 5)、在第一摄像机的图像中选取计算区域S1，计算区域S1S参考图像子区，在第二 摄像机的图像上建立搜索区域S 2，搜索区域&为目标图像子区，目标图像子区包含变形后 的参考图像子区；
[0012] 6)、获取目标图像子区和参考图像子区中的点的灰度值；
[0013] 7)、构建形函数，确定参考图像子区与目标图像子区中对应点的位置关系，其中， (X 1A)为参考图像子区中任意像素点的坐标，（X2，y2)为目标图像子区中与像素点（X 1A) 相对应的像素点的坐标，存在一组映射关系X使得下式成立：
[0014] X (χ1； Y1) ^ (x2, I2)
[0015] f (χ1； Y1) = g(x2, Y2)
[0017]
[0016] 其中，f (X1, yj表示像素点（X1, yj处的图像亮度，g(x2, y2)表示像素点（x2, y2)处 的图像亮度，映射关系X即为形函数；其中，形函数X由下式表示：
【主权项】
1. 一种测量动态回转体椭圆度的方法，采用测量动态回转体椭圆度的装置，所述测量 动态回转体椭圆度的装置包括特征光源（1)、第一摄像机（2)、第二摄像机（6)和计算机 (7)，所述特征光源（1)照射回转体（4)并在所述回转体（4)上形成光斑，所述第一摄像机 (2)和第二摄像机（6)分别位于所述特征光源（1)的两侧并朝向所述回转体（4)，所述光斑 位于所述第一摄像机（2)和第二摄像机（6)的拍摄范围内，所述第一摄像机（2)和第二摄 像机（6)均连接所述计算机（7)，包括以下步骤： 1) 、利用特征光源（1)制作光斑， 2) 、对所述第一摄像机（2)和第二摄像机（6)进行调焦； 3) 、对所述第一摄像机（2)和第二摄像机（6)进行标定，通过标定得到所述第一摄像机 (2)和第二摄像机（6)的参数，所述参数包括第一摄像机（2)和第二摄像机（6)的外部参数 以及第一摄像机（2)和第二摄像机（6)的内部参数； 4) 、利用所述计算机（7)控制所述第一摄像机（2)和第二摄像机（6)同时对所述光斑 进行采图，其中，第一摄像机（2)的图像为参考图像，第二摄像机（6)的图像为目标图像； 5) 、在第一摄像机（2)的图像中选取计算区域51，计算区域S1S参考图像子区，在第二 摄像机（6)的图像上建立搜索区域S 2，搜索区域&为目标图像子区，目标图像子区包含变 形后的参考图像子区； 6) 、获取目标图像子区和参考图像子区中的点的灰度值； 7) 、构建形函数，确定参考图像子区与目标图像子区中对应点的位置关系，其中， (X1A)为参考图像子区中任意像素点的坐标，（x 2，y2)为目标图像子区中与像素点（X1A) 相对应的像素点的坐标，存在一组映射关系X使得下式成立： χ (χι, Yi) ^ (χ2, y2) f (χι, Yi) = g(x2, y2) 其中，If(Xpy1)表示像素点（Xpy1)处的图像亮度，g(x2,y 2)表示像素点（x2,y2)处的图 像亮度，映射关系X即为形函数；其中，形函数X由下式表示：
其中，u和V分别为变形引起的χ和y方向的位移，（X'，y'）为参考图像子区的中心位 置坐标：
为变形在&和y :方向上产生的一阶位移梯度； 8) 、将步骤7)的形函数参数化，并用向量P'表示，
定义相关函数P #'，
其中，< 为参考图像子区中的一个像素点，f(Sp'）为参考图像子区中像素点Sp'处的 图像亮度，g(sp'，P'）为目标图像子区中与像素点Sp'相对应的像素点处的图像亮度； 9) 、设定向量
的初始值P;，并设定最大迭代次数n， 10) 、将Ρ〇'代入迭代等式：
式中，Ρ〇'为变形参数初值，▽ P 和▽▽ P 是相关函数的一阶梯度和Hessian 矩阵，其中▽ p?'和▽▽ p?'的公式如下：
式中，P/和P/分别为向量P'的第i个元素和第j个元素； 根据迭代等式计算得到P/ ; 11) 、根据下式判断迭代等式是否收敛，（II /T-巧? Z Il Pc'lg) ，如果收敛，则保存计算 区域位移值u'和ν' ；如果没有收敛，令P; =P/，并重复步骤8)和 9);如果迭代次数达到最大迭代次数n，则结束迭代； 12) 、输出计算区域S1的位移值； 13) 、根据步骤12)得到的计算区域位移值，对空间中对应的回转体上的表面点做 三维重建； 14) 、根据步骤13)的三维重建结果，求得所述回转体（4)的内切圆的半径Rft和外切圆 的半径&，则所述回转体⑷的椭圆度供为：
2. 如权利要求1所述的测量动态回转体椭圆度的方法，其特征在于，还包括第一光源 (3)和第二光源（5)，所述第一光源（3)设置在所述第一摄像机（2)的侧面，所述第二光源 (5)设置在所述第二摄像机（6)的侧面。
3. 如权利要求1所述的测量动态回转体椭圆度的方法，其特征在于，步骤2)中对所述 第一摄像机（2)和第二摄像机（6)进行调焦，采用拉普拉斯梯度函数对图像质量进行评价 进而实现调节第一摄像机（2)和第二摄像机（6)的焦距。
4. 如权利要求1所述的测量动态回转体椭圆度的方法，其特征在于，步骤14)中求得 所述回转体（4)的内切圆的半径Rft和外切圆的半径R4通过下列方法得到：在所述回转体 (4)的中心轴与所述第一摄像机（2)的光轴所在的平面上，所述第一摄像机（2)的光心到 所述回转体（4)表面的距离为屯，其中i = 0, 1，一11,11+1为所述回转体（4)旋转一周所述 第一摄像机（2)拍摄的图像数，其中，第一张图像所测的距离为Cltl，第一张图像所计算的点 在所述回转体（4)圆周上的对应的角度为0度，并记为Q tl，之后的图像依次测得的距离为 Clpd2，…dn，对应角度记为θρ θ2，…，θη，每一张图像均以第一张图像对应的屯为参考 值，则相对变形量为： Δ ε J= (Ii-Cl0, i = 1,2, ---,η 则回转体的实测半径氏为： Ri=RfA ^，其中，Rtl为回转体的名义半径，i = 1，2, "·，η 以Ri为极经,Ri对应的角度Θ i为极角，在极坐标上做图，且做出该图像的内切圆与外 切圆，求的内切圆的半径，外切圆的半径&。
5. 如权利要求1所述的测量动态回转体椭圆度的方法，其特征在于，所述第一摄像机 (2)和/或第二摄像机（6)的光轴与所述回转体（4)的中心轴位于同一平面上。
【专利摘要】本发明公开了一种测量动态回转体椭圆度的方法，采用测量动态回转体椭圆度的装置，测量动态回转体椭圆度的装置包括特征光源、第一摄像机、第一光源、第二光源、第二摄像机和计算机，特征光源照射回转体并在回转体上形成光斑，第一摄像机和第二摄像机分别位于特征光源的两侧并朝向回转体，光斑位于第一摄像机和第二摄像机的拍摄范围内，第一摄像机和第二摄像机均连接计算机。本发明的测量动态回转体椭圆度的方法采用摄像采集设备，可重复性好；和激光测距相比，成本较低，且精度较高。
【IPC分类】G01B11-245
【公开号】CN104764416
【申请号】CN201510100579
【发明人】沈峘, 徐海涛, 李骏, 朱孝强, 周长城, 沈凯
【申请人】南京宇行软件有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月6日