一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法与流程

本发明属于使用视觉测量的船舶制造、飞机制造、汽车制造等机械制造领域。具体涉及一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法。

背景技术：

具有自由曲面的曲板在船舶、航空航天、汽车、高铁、建筑等行业有广泛应用，一般需要平直板经过加工而成形。加工过程中需要随时检测曲板的形状，并与理论形状进行对比，以判别其加工精度是否符合要求。

常用的检测方法分为接触式方法和非接触式方法。而基于计算机(机器)视觉测量是使用最为广泛的一种非接触式测量方法，它具有测量速度快、信息量大、测量精度较高等特点。

机器视觉测量是基于视差，由三角法原理进行三维信息的获取。在机器视觉测量中，除摄像机的标定外，图像中特征点的立体匹配是保证测量精度的关键核心技术。

目前，工业界广泛应用手持式3d激光扫描仪和双目视觉激光结构光扫描系统，其工作原理相同，均是通过左右布置的2个摄像机获取单根或多根扫描激光线的图像，再通过算法提取激光线上的特征点，进行立体匹配，计算获得激光线上点的三维坐标信息。

手持式3d激光扫描仪单次测量速度快，测量精度高，但单次测量范围小，通常在100mm*100mm以内。当需要测量比较大的曲板工件时，通常需要人工预先在工件上粘贴许多圆形靶标，用于扫描的小曲面的自动拼接，形成大的曲面三维信息。但在曲板的实际生产中，人工粘贴靶标比较繁琐，整体测量速度也大大降低。且工件由于存在回弹等因素，需要多次加工。下一次加工时，可能会破坏前面粘贴的靶标。再次测量时，又需要人工重新补贴靶标。工件检测完成后，还需要人工将靶标去掉。故这种人工粘贴靶标的方法一般只适合实验室研究，不太适合工业化生产。

双目视觉激光结构光扫描系统能采用长的激光线扫描整个工件，其测量范围大，无需粘贴曲面拼接使用的靶标，但其测量速度稍慢(需要一条线一条线扫描)，且立体匹配是使用扫描激光线上的点，由于激光线上的特征点不明确，极易造成匹配精度不高，使测量精度大幅降低。

为了克服以上二种测量方法的不足，既不用粘贴靶标，但在曲板上又有供视觉测量立体匹配使用的特征点，需要一种在曲板上产生特征点的新方法，以期提高匹配精度，为后续测量精度的提高创造条件。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法，通过图案的特征点，在曲板上动态生成供视觉测量使用的匹配特征点，以保证双目视觉测量的精度，满足曲板成形加工的检测要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法，采用投影设备将规则图案投射到曲板上，使用特征点提取算法，获取投射图案中的特征点，再通过特征点立体匹配，还原出特征点的三维空间坐标信息，具体步骤如下：

一、准备投影图案，可通过程序自动生成规则的棋盘格或圆形矩阵；

二、投射图案；

三、提取图案中的特征点；

投射图案中的特征点包括棋盘格的交点、圆或椭圆的中心、曲板的边缘点。其中棋盘格的交点可通过角点算法获取。圆或椭圆的中心可先检测出圆或椭圆的边界，再通过拟合椭圆方程，获取椭圆中心点。

四、获取曲板上特征点的三维空间坐标信息。通过视觉测量中左右二幅图像中对应特征点的立体匹配，可还原计算出曲板上图案特征点处的三维坐标。

通过以上步骤，完成对曲板的三维检测。

若需要增加测量曲板上的特征点，可通过更换更密集的图案来实现。

本发明具有以下有益效果：

(1)在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案，可在曲板上增加匹配使用的特征点，且这些特征点可通过算法达到亚像素定位，这样就增加了立体匹配的精度，从而大大提高视觉测量精度。

(2)投射的图案形状、亮度、数量、分布均可按要求变化，简单方便，可满足现场不同的需求。

(3)投影设备工作时，曲板上的投射图案存在；不工作时，图案自动消失。无需人工去掉。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的投影在曲板上的棋盘格图案示意图。

图3为在左右摄像机中本发明的投影在曲板上的图案中的特征点左图像示意图。

图4为在左右摄像机中本发明的投影在曲板上的图案中的特征点右图像示意图。

具体实施方式

一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法，通过投影仪将计算机预先生成的规则图案投射到曲板上，使用视觉测量的摄像机拍摄两幅带图案的曲板照片，并使用特征提取算法获取曲板投影图案上的特征点，进行立体匹配，从而还原计算获得曲板上特征点处的三维坐标，实现对曲板的快速、准确测量。

在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案方法的具体实施方式如下：

如图1所示，为一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法流程图。

具体投射图案步骤如下：

步骤1：用计算机编程，自动生成规则的图案，如棋盘格，或圆形图案，如图2所示；

步骤2：连接计算机与投影仪，并将图案用投影仪投射到待测的曲板上；

步骤3：用视觉测量摄像机拍摄二幅带图案的曲板照片，左右各一幅，如图3、图4所示；

步骤4：采用视觉算法提取图案中的特征点；

步骤5：将左右图像中的特征点进行立体匹配，获得曲板上特征点的三维坐标。完成对曲板的检测。

若需要增加测量曲板上的特征点，可通过更换更密集的图案来实现。

技术特征：

1.一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法，其特征在于：采用投影设备将规则图案投射到曲板上，使用特征点提取算法，获取投射图案中的特征点，再通过特征点立体匹配，还原出特征点的三维空间坐标信息，具体步骤如下：

一、准备投影图案，可通过程序自动生成规则的棋盘格或圆形矩阵；

二、投射图案；

三、提取图案中的特征点；

投射图案中的特征点包括棋盘格的交点、圆或椭圆的中心、曲板的边缘点。其中棋盘格的交点可通过角点算法获取。圆或椭圆的中心可先检测出圆或椭圆的边界，再通过拟合椭圆方程，获取椭圆中心点。

四、获取曲板上特征点的三维空间坐标信息。通过视觉测量中左右二幅图像中对应特征点的立体匹配，可还原计算出曲板上图案特征点处的三维坐标。

通过以上步骤，完成对曲板的三维检测。

2.根据权利要求1所述的一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法，其特征在于：若需要增加测量曲板上的特征点，可通过更换更密集的图案来实现。

技术总结
本发明公开了一种在曲板上动态投射视觉测量匹配用图案的方法，采用计算机预先生成规则图案，将图案传输到投影仪上，投影仪将图案投射到待测的曲板上，摄像机拍摄带有图案的图片，计算机根据特征提取算法自动提取图案中的特征点，用于特征点匹配，以便视觉测量能快速、准确还原出特征点处的三维坐标，从而实现对曲板上特征点的三维检测。能克服曲板测量时人工粘贴标志点的不足，且能根据需求实时变更不同图案，其操作简单、快速、经济。可应用于曲板的视觉测量。

技术研发人员：胡勇;鲁恩顺;毛翔;赵章焰;于洋
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2020.04.10
技术公布日：2020.08.07