一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法，双目相机以指定帧率f采集转动的被测物图像，确定相邻两帧图像之间的单应变换H；对双目相机左右图像提取的激光点进行立体视觉匹配，得到第k个特征点在相机坐标系下的空间坐标

【技术实现步骤摘要】
一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法
本专利技术涉及三维测量领域，特别是涉及一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法。
技术介绍
设备的磨损检测和形变检测一直以来都是项目工程关注的重点内容之一，而大部分磨损都源于转子的长期旋转，比如高铁轮毂、车轴、电机的磨损。目前三维测量技术都是针对脱离工作状态的旋转物体进行三维测量，对运行状态中的旋转物体进行动态三维测量并没有取得明显的进展。基于转台的线激光三维测量方法(例如：叶浩.基于线激光扫描的高铁轮毂自动三维测量关键技术研究[D].华中科技大学，2018)，该方法需将被测物放置于转台上，改变了动态对象的原始工作状态，极大限制了三维测量的应用场景。公开号为CN107452024A的中国专利申请公开了一种用于旋转物体全场运动追踪的视觉测量方法，是通过在被测物表面粘贴散斑图案和编码标志点，使用散斑相关匹配方法实现图像的三维计算，虽然该方法解决了被测物体旋转角度过大时难以匹配的问题，但是该方法空间点计算复杂、计算量大，难以满足实际工程上实时性的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的现有三维测量技术要么应用场景有限，要么计算复杂、计算量大，难以满足实际工程上实时性的要求的问题，提供一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法，双目相机以指定帧率f采集转动的被测物图像，确定相邻两帧图像之间的单应变换H；对双目相机左右图像提取的激光点进行立体视觉匹配，得到第k个特征点在相机坐标系下的空间坐标利用单应变换H，对被测物旋转一周的所有帧进行拼接，获取在世界坐标系下的X和Y坐标；双目相机主光轴与被测物转轴对齐矫正，获取在世界坐标系下的Z坐标，从而完成对被测物的三维测量。采用本专利技术所述一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法，将三维位姿计算问题转换为二维图像拼接问题，再映射回三维空间，避免了传统基于转台三维测量的转轴标定这一复杂过程，扩大了测量方法的实际应用场景；提出了基于单应变换的回环约束，有效地减少了长时间三维测量的累计误差；为旋转物体的直接三维测量提供了技术方案。优选地，固定双目相机和线激光传感器位置并调整其角度，设置双目相机以指定帧率f采集图像，对双目相机进行离线标定，得到双目相机内参，对双目相机进行立体视觉矫正。进一步优选地，关闭线激光传感器，被测物进入匀速转动状态后，双目相机采集被测物旋转一周的图像，用于计算所有相邻两帧图像之间的单应变换H，基于回环检测的思想，起始帧与结束帧高度重合，因此通过建立相邻两帧图像的投影约束关系，使用非线性优化得到最优的单应变换H，从而减少累计误差。进一步优选地，通过跟踪被测物表面的标志块，记录标志块在不同帧下的空间坐标，然后对该空间点集合中的点进行空间平面拟合，得到旋转平面，用于主光轴转轴对齐矫正。进一步优选地，打开线激光传感器，利用标定得到立体矫正系数，对左右图像提取的激光点进行立体视觉匹配，得到第k个特征点在相机坐标系下的空间坐标利用单应变换H，对被测物旋转一周的所有帧进行拼接，得到在世界坐标系下的X和Y坐标。进一步优选地，对主光轴和转轴进行平行对齐，从而消除Z向偏离，主光轴与转轴是否平行与坐标X无关，所以只需在相机坐标系Y轴与Z轴构成的二维坐标系下进行矫正。进一步优选地，对平行对齐后导致的Y向偏离进行修正，最终得到在世界坐标系下的空间坐标。进一步优选地，被测物匀速转动角速度为ω，相邻两帧图像拍摄间隔内，被测物转轴旋转转过的角度为ω/f，将两帧图像拼接，旋转半径的延长线交于轴心所在的直线上，形成的夹角为依据被测物的角速度调整双目相机帧率，使得从而避免无效图像数据。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术所述一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法，将三维位姿计算问题转换为二维图像拼接问题，再映射回三维空间，避免了传统基于转台三维测量的转轴标定这一复杂过程，扩大了测量方法的实际应用场景；提出了基于单应变换的回环约束，有效地减少了长时间三维测量的累计误差；为旋转物体的直接三维测量提供了技术方案。附图说明图1是测量装置的示意图；图2是双目相机对极约束模型；图3是畸变矫正后的双目相机模型；图4是相邻两帧图像拼接的偏离角；图5是标志块跟踪路径；图6a是图像拼接示意图一；图6b是图像拼接示意图二；图6c是图像拼接示意图三；图7是转轴、主光轴矫正前Z向偏离示意图；图8是转轴、主光轴平行矫正示意图；图9是实施例中方形旋转被测物三维测量结果。图中标记：1-线激光传感器，11-激光平面，2-双目相机，3-被测物，31-轴心。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例本专利技术所述一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法，包括以步骤：1)布置测量装置如图1所示，测量装置包括线激光传感器1和双目相机2。固定双目相机2和线激光传感器1位置并调整其角度，线激光传感器1发射激光平面11投射到被测物3表面并经过转轴轴心31；设置双目相机2以指定帧率f采集图像，对双目相机2进行离线标定，得到双目相机2内参；对双目相机2进行立体视觉矫正，图2是矫正前的示意图，图3是矫正后的示意图。2)初始化测量装置在工程中旋转物体进入稳定的运行状态后，其角速度通常恒定，因此假设被测物3是匀速顺时针旋转的，角速度为ω是先验信息。易知相邻两帧图像拍摄间隔内，被测物3转轴旋转转过的角度为ω/f，将两帧图像拼接，如图4所示，可知其旋转半径的延长线交于轴心所在的直线上，形成的夹角为依据被测物3的角速度调整双目相机2帧率，使得被测物3的角速度ω与帧率f满足以下关系：使得从而避免无效图像数据。2.1)单应变换优化关闭线激光传感器1，使双目相机2和转轴处于待启动状态，被测物3进入匀速转动状态后，双目相机2采集被测物3旋转一周的图像，用于计算所有相邻两帧图像之间的单应变换得到一组Hi(i＝1，2，...，M-1)，采集到的M帧图像中，任意相邻两帧图像的同一特征点经过单应变换后完全重合，其对应关系如下：Pi，j＝HiPi+1，j(2)由于Hi的计算本身有系统误差，按该单应变换对所有相邻帧图像进行递推拼接，会导致累计误差，无法形成闭环；基于回环检测的思想，起始帧与结束帧高度重合，因此通过建立相邻两帧图像的投影约束关系，使用非线性优化得到最优的单应变换，从而减少累计误差。首先通过RANSAC算法剔除Hi中的离群值，剩余的数据构成集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法，其特征在于，/n双目相机(2)以指定帧率f采集转动的被测物(3)图像，确定相邻两帧图像之间的单应变换H；/n对双目相机(2)左右图像提取的激光点进行立体视觉匹配，得到第k个特征点在相机坐标系下的空间坐标

【技术特征摘要】
1.一种基于线激光的旋转物体双目视觉三维测量方法，其特征在于，
双目相机(2)以指定帧率f采集转动的被测物(3)图像，确定相邻两帧图像之间的单应变换H；
对双目相机(2)左右图像提取的激光点进行立体视觉匹配，得到第k个特征点在相机坐标系下的空间坐标利用单应变换H，对被测物(3)旋转一周的所有帧进行拼接，获取在世界坐标系下的X和Y坐标；
双目相机(2)主光轴与被测物(3)转轴对齐矫正，获取在世界坐标系下的Z坐标，从而完成对被测物(3)的三维测量。


2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，固定双目相机(2)和线激光传感器(1)位置并调整其角度，设置双目相机(2)以指定帧率f采集图像，对双目相机(2)进行离线标定，得到双目相机(2)内参，对双目相机(2)进行立体视觉矫正。


3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，关闭线激光传感器(1)，被测物(3)进入匀速转动状态后，双目相机(2)采集被测物(3)旋转一周的图像，用于计算所有相邻两帧图像之间的单应变换H，基于回环检测的思想，起始帧与结束帧高度重合，因此通过建立相邻两帧图像的投影约束关系，使用非线性优化得到最优的单应变换H，从而减少累计误差。


4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘君，杨延西，魏永贵，黄雪飞，邓毅，霍志旺，程阳，潘正权，易广宙，薛燕辉，蒲亨林，刘朝成，金明峰，
申请(专利权)人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51