体视觉传感器光学探头1底部的多平面反射 镜片上，反射到被测工件12上，光栅图像成像及采集模块3将通过光学探头1形成的多视 点立体视觉光路利用光纤17将立体视觉图像传送到计算机6内存中，计算机6内测量系统 软件中的图像分析及数学计算模块4处理光条图像，并结合标定模块5的结果计算出被测 工件12的几何尺寸。
[0017] 如图2所示，多视点光栅式立体视觉传感器光学探头1下部为一个四平面反射镜 15,上部为一个五平面反射镜片16。其中下部四平面反射镜15为四面棱锥形，上部五平面 反射镜16为削去尖部的四面棱锥所构成的五平面反射镜。通过光学探头下部四平面反射 镜15和上部五平面反射镜16构成具有较大基线距的四个立体视觉光路。经光纤18传输， 光条投射器用微型镜头13发出的光条图案通过底部四平面反射镜照射在被测工件的内腔 两侧19、20上。通过光纤17传输摄像机用微型镜头14拍摄的立体视觉图像到摄像机成像 芯片上，再传送到计算机6内存中。
[0018] 如图1所示，光栅光条投射模块2包括光条投射器7、转接镜头11和传输投送光条 图像的光纤传输线18。光栅图像成像及采集模块3主要包括摄像机8、控制器9、转接镜头 10和传输图像的光纤传输线17。光栅光条投射模块2中的光条投射器7将光条图像经过 转接镜头11通过光纤传输线18传送到多视点光栅式立体视觉传感器光学探头1上的光条 投射器用微型镜头13上，再投射到被测机械工件上。光栅图像成像及采集模块3中的摄像 机通过控制器9控制，采集经过多视点光栅式立体视觉传感器光学探头1上的图像，再将图 像传送到计算机内存中。由于采用光纤17和摄像机用微型镜头14传输和采集图像，因此 测量系统具有很大灵活性，非常适合在工业现场环境进行复杂精密工件几何尺寸在线动态 测量。
[0019] 其中，图像分析及数学计算模块4,主要负责分析和处理传送到计算机内存中的光 条图像数据，得出匹配好的光条图像后代入系统数学模型，计算出机械工件的几何尺寸。为 了满足测量系统实时性要求，本发明采用CPU+GPU方式并结合多线程技术实现光条图像处 理、光条匹配、几何尺寸计算等过程，这不但可以提高测量系统的测量速度，而且还可以进 一步提高测量系统的鲁棒性和可维护性。
[0020] 对应上述多视点测量的小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量系统，本 发明建立了一种高精度测量系统数学模型，主要包括：摄像机成像模型、光学镜头畸变模 型、光栅式立体视觉测量模型和无共同视场多视觉传感器全局统一模型。
[0021] 由于摄像机是通过平面镜拍摄被测工件，因此仍然满足透视投影变换。本项目中 摄像机成像模型、光学镜头畸变模型、光栅式双目立体视觉测量模型仍然采用现有的数学 模型。光栅式双目立体视觉传感器以光栅光条为特征，基于双目立体视觉模型，实现空间三 维坐标测量，如图3。
[0022] 下面具体描述实现多视点测量的小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测 量的实施步骤：
[0023] 步骤101，动态视觉测量系统标定
[0024] A、多视点光栅式立体视觉传感器光学探头的结构调整
[0025] 根据被测工件的几何尺寸调整光条投射器（上部五面反射镜）和摄像机（下部四 面反射镜）之间的距离，以此来调整系统的测量范围，使测量得到的数据更加精准。
[0026] B、多视点光栅式立体视觉传感器光学探头中摄像机内部参数标定
[0027] 将平面靶标在摄像机前自由移动五次以上，提取平面靶标特征点图像坐标， 米用张正友在2000年11月发表的文章 "A flexible new technique for camera calibration[J]. IEEE Trans, on Pattern Analysis and Machine Intelligence'，中提到 的摄像机标定方法分别标定多视点光栅式立体视觉传感器光学探头中摄像机的内部参数 A0
[0028] 步骤102,光栅光条图像中心快速识别及定位。
[0029] 计算机通过控制器同时控制光栅光条投射模块中的光条投射器将光条图像经过 转接镜头通过光纤传输线传送到多视点光栅式立体视觉传感器光学探头上的光条投射器 用微型镜头上，再经过微型镜头投射到被测机械工件上。光栅图像成像及采集模块中的摄 像机通过控制器控制，采集经过多视点光栅式立体视觉传感器光学探头上的图像，再将图 像传送到计算机内存中。
[0030] 米用 Steger 在 1998 年 2 月发表的论文"An unbiased detector of curvilinear structures，IEEE Transaction on Pattern Analysis Machine Intelligence. '，提到的光 条图像中心提取方法提取光栅光条图像中心点。首先计算图像各点Hessian (海森）矩阵， 根据光条图像灰度曲面特征，通过各图像点的Hessian矩阵中特征值和特征向量判断光条 中心候选点，再通过链接方式将光条中心候选点链接在一起形成光条图像数据。最后采用 光条空间位置约束结合双目立体视觉中的极线约束实现在单摄像机的光学反射镜片方式 构成双目立体视觉传感器中光条的识别定位。
[0031] 步骤103,单摄像机的光学反射镜片方式构成双目立体视觉传感器局部三维重建。
[0032] 如图3所示，光栅光条点P分别在左、右摄像机成像，利用双目立体视觉模型解算 点P在双目视觉传感器坐标系下的三维坐标，以左摄像机坐标系为基础建立双目视觉传感 器坐标系。设pJP P 2分别为光栅光条点P在左、右摄像机图像坐标系下无畸变图像齐次坐 标。I1Sp 2在左摄像机图像中的极线，I2Sp1在右摄像机图像中的极线。左摄像机坐标 系为，右摄像机坐标系为O tl2Xt^ytl2Ztl2，左摄像机像平面坐标系为O nlUnlVnlZtll,右摄 像机像平面坐标系为O n2Un2Vn2Zd。左摄像机坐标系到右摄像机坐标系的旋转矩阵和平移向 量为R 12, t12。本项目拟采用的光栅式双目视觉传感器测量模型如式（1)，根据式（1)通过最 小二乘法求解P。
[0033] 光栅式双目视觉传感器的测量模型如式（1)所示： UiN 丄 乙 Λ J I < 〇/ ?
[0034]
Cl)
[0035] 上式中，心和A 2分别为双目立体视觉传感器中左右摄像机内部参数，由于本发明 采用一个摄像机通过光学反射镜片方式构成双目立体视觉传感器，因此A 1= A 2。？1和p 2 分别为光栅光条点P在左、右摄像机图像坐标系下无畸变图像齐次坐标，P为摄像机投影矩 阵，p P p 2为非零比例系数，I为单位矩阵。
[0036] 在实际测量中，摄像机成像系统中往往存在镜头畸变。设Pd= (ud, vd, 1)τ为有畸 变图像齐次坐标，P= (u，v，l)T为无畸变图像齐次坐标，pn= (un, νη, 1)τ为归一化图像齐次 坐标，则发明实施例采用的镜头畸变模型可表示为：
[0037]
⑵
[003