基于立体视觉和光刀面约束剔除高光反射异常错误点的方法与流程

本发明涉及计算机视觉研究领域，涉及一种基于立体视觉和光刀面约束剔除高光反射异常错误点的方法。

背景技术：

作为非接触式测量的一种，基于结构光三角法测量仪以精度高、速度快、适用范围广等特点得到了广泛的应用。但在对镜面或者高光曲面的测量过程中，由于镜面反射、互反射导致一条激光扫描线上只有一个激光光条的假设不成立，从而使得异常的错误点增多。现有剔除高光反射互反射等导致的异常错误点的方法存在一定的局限性，不能在各个场景下被广泛使用。

文献“陶涛,郭红卫,何海涛.镜面反射面形光学三维测量技术综述[j].光学仪器,2005(02):90-95”提出两种办法：1)采用坐标测量机等接触式测量设备，其优点是测量精度高，不受高光反射互反射等导致异常错误点的影响，缺点是测试速度慢，不满足自动化生产的要求；2）对镜面或者高光曲面进行喷涂，改变其反射特性为漫反射后用光学测量的方法，此方法虽然去除了镜面或者高光曲面的影响，但在很多场合下不能甚至无法进行物体表面喷涂。“nayarsk,ikeuchik,kanadet.recoveringshapeinthepresenceofinterreflections[c]//ieeeinternationalconferenceonroboticsandautomation,1991.proceedings.ieee,1991:1814-1819vol.2.”提出一种迭代算法能够在相互反射的情况下恢复表面形状和表面的反射特性，但是这种方法不能产生密集的点云，没有很好的解决高光反射导致虚假光条中心所造成的问题。

通过结构光三角法测量仪可以重建被测物的表面得到表面信息，但是前提是要保证被测物表面为漫反射表面，这一前提在实际工业生产应用中基本无法保证。

技术实现要素：

本发明基于同一条激光扫描线上应只有一个激光光条的思想，通过立体视觉和光刀面约束剔除同一条激光扫描线上虚假激光光条，由此提出一种基于立体视觉和光刀面约束剔除高光反射异常错误点的方法，可应用于计算机视觉领域的实时测量、点云拼接等应用。本发明采用的技术方案是：

一种基于立体视觉和光刀面约束剔除高光反射异常错误点的方法，包括以下步骤：

步骤s1，通过激光器对检测对象扫描，激光器的刀光面自检测对象一侧移动至另一侧以完成扫描；扫描时，通过左右对称设置在激光器两侧的左相机、右相机分别采集得到左图像和右图像；左图像和右图像均为灰度图；对左图像和右图像分别进行光条中心检测，将相邻光条中心连接为一整体，即光条片段中心线，以表征左图像和右图像中的光条片段；光条片段为纵向；

步骤s2，对左图像和右图像中光条片段中心线使用长度相似性约束和起始点相似性约束检测，剔除虚假对应光条片段，以选出左图像和右图像中潜在的对应光条片段；

步骤s3，对潜在的对应光条片段使用激光亮度约束检测和宽度相似性约束检测，以进一步剔除虚假对应光条片段；

步骤s4，对通过步骤s2和s3符合立体视觉的潜在对应光条片段使用刀光面约束检测，以进一步剔除虚假对应光条片段。

本发明的优点在于：

1）利用立体视觉和光刀面约束可以剔除任意具有高光反射特性材质导致的异常错误点，对测量对象没有限制。

2）利用立体视觉和光刀面约束测试的方法，可以有效保留大部分真实三维点，生成密集点云模型用于后续研发。

3）通过约束测试方法是的对测量环境没有严格要求，无需安装其他装置就可以在实验室及大部分工业环境下应用。

附图说明

图1为本发明的激光器扫描示意图。

图2为本发明的左图像和右图像示意图。

图3为本发明的相机坐标系和激光器坐标系示意图。

图4为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出一种基于立体视觉和光刀面约束剔除高光反射异常错误点的方法，可以应用于视觉测量、计算机视觉等领域。

该方法具体包括：

步骤s1，通过激光器14对检测对象扫描，激光器的刀光面13、11自检测对象一侧移动至另一侧以完成扫描；检测对象在本实施例中为金属碗12；

扫描时，通过左右对称设置在激光器14两侧的左相机a、右相机b分别采集得到左图像21和右图像24，如图2所示；左图像21和右图像24均为灰度图；

对左图像和右图像分别进行光条中心检测，将相邻光条中心连接为一整体，即光条片段中心线，以表征左图像和右图像中的光条片段23、26；光条片段为纵向；

本发明中，以及本行业中，光条中心特指光条每一行的中心（宽度的中心），例如光条宽度若为5个像素，则光条中心是这5个像素最中心的那个；

步骤s2，对左图像和右图像中光条片段中心线使用长度相似性约束和起始点相似性约束检测，剔除虚假对应光条片段，以选出左图像和右图像中潜在的对应光条片段；

具体地，从左图像和右图像中各任选一光条片段23、26，若该两条光条片段的光条片段中心线所包含的光条中心的数量差值小于相应长度差阈值，则进入起始点相似性约束检测，否则应作为虚假对应光条片段剔除；

通过长度相似性约束检测后，若该两条光条片段的光条片段中心线的起始点22、25所在行的数值之差小于相应位置差阈值，则确定该两条光条片段为潜在的对应光条片段，否则应作为虚假对应光条片段剔除；

步骤s3，对潜在的对应光条片段使用激光亮度相似性约束检测和宽度相似性约束检测，以进一步剔除虚假对应光条片段；

具体地，若上一步所得两个潜在对应光条片段的光条片段中心线的起始点22、25的灰度值之差小于相应灰度差阈值，则认为两个起始点所在的两个潜在对应光条片段满足激光亮度相似性约束，否则不满足激光亮度相似性约束；

若两个潜在对应光条片段的光条片段中心线的起始点所在行大于激光亮度阈值的像素个数差小于宽度差阈值，则认为满足宽度相似性约束，否则不满足宽度相似性约束；

若激光亮度相似性约束和宽度相似性约束均满足则进入下一步，否则应剔除虚假对应光条片段，返回步骤s2；

步骤s4，对通过步骤s2和s3符合立体视觉的潜在对应光条片段使用刀光面约束检测，以进一步剔除虚假对应光条片段。

左相机坐标系oxyz预先设定，其中z轴自相机指向检测对象，y轴向上；需要建立激光器坐标系oxyz；

激光器坐标系oxyz的z轴自激光器指向检测对象，y轴与左相机坐标系oxyz的y轴同向，即向上；激光器坐标系oxyz的xoz平面与左相机坐标系oxyz的xoz平面共面；从而x轴与x轴偏差的角度与z轴与z轴偏差的角度一样；

预先标定激光器每个刀光面与x轴的夹角作为该刀光面的旋转角；

对于左图像和右图像中两条潜在对应光条片段的光条片段中心线的起始点（每个光条片段中心线各一个起始点），合成一个三维点；合成一个三维点的计算方法不是本发明的重点，介绍从略；

图3中，得到合成的三维点31在激光器坐标系oxyz的xoz平面的投影点32，计算投影点和激光器坐标系oxyz原点o连线与激光器坐标系oxyz的x轴的夹角α；如果该夹角α与对应标定的刀光面旋转角之差小于设定阈值，则认为满足刀光面约束，该三维点为真实的光条中心点，否则应作为虚假对应光条片段剔除，返回步骤s2，继续查找潜在对应光条片段。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。