一种基于双目视觉的切边点计算方法与流程

本发明涉及特征检测领域，具体涉及一种基于双目视觉的切边点计算方法。

背景技术：

随着自动化技术的发展，社会生产力的提高，制造行业对于产品质量的把控越来越严格，提高制造质量的基本原理可归结为两类：1.避免误差的方法-该方法利用高精度的加工设备，先进的控制结构和高可靠性的传感器检测机构，从根本上改善加工出来的零件的质量，但这种方法操作复杂，成本昂贵，目前尚未有完备的实时方案；2.误差补偿的方法-该方法是利用现代测试技术、新的统计公差方法与现有的工程控制及统计控制方法相结合，研究产品尺寸分布特性，分析模具夹具的加工状态，进而对其进行控制与调整，这种方法越来越受到关注，而实施这种方法的关键技术就是测量，测量能够获得被测物的有效数据，从而为后续的控制方式提供基础。

在众多的被测特征中，切边点是一个重要的待测类别，以汽车白车身为例，切边点的位置是否准确，直接关系到工件边沿的直线度，是后期安装、外形设计是否满足要求的依据；传统的检验样架是20世纪70年代广泛使用的检测工具，该方法成本低，但检测速度慢，精度低(约0.1mm)，达不到精密仪器制造要求的检测精度；另一种检测方法为采用三坐标测量机(cmm)进行切边点检测，这种方法虽然精度高，但是测量速度很慢，对于空间边界点只能测量有限个点，无法全面描述空间边界的几何尺寸特征，并且测量过程需人工干预，需要对测量结果进行探头损伤及探头半径补偿。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种基于双目视觉的切边点计算方法，有效提高测量精度及效率，本方法的边点测量精度能够达到数十微米量级。

一种基于双目视觉的切边点计算方法，包括如下步骤：

1)利用双目视觉测量系统采集切边特征的左、右图像；

2)对所述左、右图像进行图像预处理，提取左、右图像的切边轮廓边缘的二维点坐标nt，t＝1，2，…s；s为所述切边轮廓边缘二维点的个数；

3)利用极线匹配方法将左、右图像中的切边轮廓点转换到空间三维，获取切边轮廓的三维点坐标数据；

4)利用三维扫描仪获取被测切边所在平面的三维点云，进行点云平面拟合，得到拟合平面i，再将步骤3)中得到的切边轮廓的三维点坐标数据投影到所述拟合平面i，得到切边轮廓的三维投影点，记为nj,j＝1,2,…,m，m为切边轮廓的三维投影点的个数；

5)将待测切边点的理论点的坐标p和理论法向n投影到所述拟合平面i，得到理论投影点p′和理论投影法向n′；

6)根据理论投影点p′(b1,b2,b3)和理论投影法向n′(k1,k2,k3)，建立直线l：

其中，(x，y，z)为直线l上任意一点；

7)计算三维投影点nj到直线l的距离，当距离小于t时，t＝0.2～0.7mm，记录下此时的三维投影点，得到点集nj′,j＝1,2,…,m′，m′为被记录的三维投影点的个数；

8)将拟合平面i的法向与理论投影法向n′叉乘，得到方向向量n″(k4,k5,k6)，根据理论投影点p′与方向向量n″建立直线l′：

其中，(x′，y′，z′)为直线l′上任意一点；

9)沿着理论投影法向n′方向，依次计算三维投影点nj到直线l′的距离d，依据d值按照预设步长将所述三维投影点nj划分成n组；选择d值最大且组内点数大于m的一组作为切边点所在组；将所述切边点所在组内所有三维投影点的坐标取平均，即为待测切边点的测量坐标。

进一步，所述左、右图像为灰度图。

进一步，所述图像预处理包括高斯滤波、二值化图像、边缘检测。

进一步，所述理论点的坐标p和理论法向n为系统内预先存储的待测切边点的数模标准数据值。

进一步，所述待测切边点为一个或多个。

进一步，还包括步骤10)，将步骤9)中得到的测量坐标与理论点的坐标作差值，当差值小于容差阈值时，判断该切边点合格，否则，判断该切边点不合格。

进一步，所述拟合平面i通过最小二乘法拟合。

进一步，所述预设步长取值0.2～0.5mm。

进一步，所述m≥2。

本申请提供的方法能够有效避免双目视觉获取的切边点云质量不好的缺点，用三维扫描仪获取被测切边所在平面的三维点云，进行点云平面拟合，并将待测切边点集和理论坐标点、法向量均投影到拟合平面中，以待测点的理论值作为指导筛选计算出最佳的待测切边点测量坐标，进而对切边质量进行检测；本方法测量坐标精度能够达到数十微米级，测量时间在毫秒级，能够满足汽车行业等精密加工制造业的检测要求。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

一种基于双目视觉的切边点计算方法，包括如下步骤：

1)利用双目视觉测量系统采集切边特征的左、右灰度图像；

2)对左、右图像进行高斯滤波、二值化图像、边缘检测等图像预处理，提取左、右图像的切边轮廓边缘的二维点坐标nt，t＝1，2，…s；s为切边轮廓边缘二维点的个数；

3)利用极线匹配方法将左、右图像中的切边轮廓点转换到空间三维，获取切边轮廓的三维点坐标数据；

4)利用三维扫描仪获取被测切边所在平面的三维点云，通过最小二乘法进行点云平面拟合，得到拟合平面i，再将步骤3)中得到的切边轮廓的三维点坐标数据投影到拟合平面i，得到切边轮廓的三维投影点，记为nj,j＝1,2,…,m，m为切边轮廓的三维投影点的个数；

5)将待测切边点的理论点的坐标p和理论法向n投影到拟合平面i，得到理论投影点p′和理论投影法向n′；

本实施例中，理论点的坐标p和理论法向n为系统内预先存储的待测切边点的数模标准数据值。

待测切边点为一个；

6)根据理论投影点p′(b1,b2,b3)和理论投影法向n′(k1,k2,k3)，建立直线l：

7)计算三维投影点nj到直线l的距离，当距离小于t时，t＝0.2～0.7mm，记录下此时的三维投影点，得到点集nj′,j＝1,2,…,m′，m′为被记录的三维投影点的个数；

8)拟合平面i的法向叉乘理论投影法向n′，得到方向向量n″(k4,k5,k6)，根据理论投影点p′与方向向量n″建立直线l′：

9)沿着理论投影法向n′方向，依次计算三维投影点nj到直线l′的距离d，依据d值按照预设步长将三维投影点nj划分成n组；选择d值最大且组内点数大于m的一组作为切边点所在组；将切边点所在组内所有三维投影点的坐标取平均，作为待测切边点的测量坐标。

本实施中，步长为0.3，m取值3，具体过程为：沿着理论投影法向n′方向，依次计算三维投影点nj到直线l′的距离d，并将三维投影点nj按照下式，由近至远，依次划分成n组；

0.3n<d<0.3(n+1)，n＝0,1,2,3……n；

即0～0.3为第1组，0.3～0.6为第2组，0.6～0.9为第3组……以此类推，穷尽所有三维投影点nj，共划分n组；

筛选出沿着理论投影法向n′方向距离最远且组内点数大于3个的一组三维投影点；将该组三维投影点的坐标取平均，作为最终的待测切边点的测量坐标。

还包括步骤10)将步骤9)中得到的测量坐标与理论点的坐标作差值，当差值小于容差阈值时，判断该切边点合格，否则，判断该切边点不合格。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。