【技术实现步骤摘要】
本申请涉及飞机装配，尤其涉及一种快速匹配定位的光学投影系统及方法。
技术介绍
1、手工装配作为飞机装配的重要环节，依旧以较为传统的方式进行，极大地限制了航空制造业发展。由于手工装配自身局限性，以及传统纸质装配工艺文件直观性差等问题，工人需要反复查阅装配工艺卡以及在工件表面做标记，极大地扰乱了装配节奏，约束了装配效率；且容易导致错装、漏装，影响装配质量。基于空间增强现实的辅助装配系统是解决人工作业效率低、易出错的重要途径，根据投影器件不同，通常分为激光扫描类和投影成像类两种。投影成像类设备通常采用普通的dlp、3lcd或lcd投影仪作为投影设备，投影内容丰富，投影频率高，采用立体视觉算法实现将虚拟工艺信息准确投影在空间对应位置上。投影成像类设备通常采用视觉传感器，通过轮廓匹配、特征匹配、点云匹配等方式动态获取工件的相对位姿，但是对于尺寸较大或表面纹理不丰富的工件，定位精度较差，同时也不能引入现场高精度测量设备的测量数据。
2、因此，专利技术人提供了一种快速匹配定位的光学投影系统及方法。
技术实现思路
1、(1)要解决的技术问题
2、本申请提供了一种快速匹配定位的光学投影系统及方法，要解决的技术问题是：对尺寸较大或表面纹理不丰富的工件，现有方法并不能实现准确地定位，并且不能结合激光跟踪仪、摄影测量设备等装配现场常用的高精度测量设备的测量数据，影响定位精度。
3、(2)技术方案
4、第一方面，本申请提供了一种快速匹配定位的光学投影系统，包括
5、信息编辑模块用于根据装配工艺流程编排各工序所需的虚拟工艺信息，生成引导信息集文件；
6、快速定位模块用于根据相机拍摄的光学投影系统移动前后的被投影工件图像，通过深度学习模板匹配的方法确定预设的靶球标记基准点在移动后相机图像中的二维坐标，以及通过结构光方法确定相机图像中的靶球标记基准点在投影仪图像中的对应点，并结合测量设备得到的靶球三维坐标的测量数据，确定被投影工件相对于投影仪空间坐标系的位姿信息；
7、投影操作模块用于根据引导信息集文件以及位姿信息，通过三维空间投影算法生成工序引导图像；
8、投影仪用于将工序引导图像投影在被投影工件表面。
9、进一步地，光学投影系统，还包括系统标定模块；系统标定模块用于对投影仪的内部参数进行标定。
10、进一步地，系统标定模块具体用于：控制投影仪对棋盘格光学标定板投影结构光条纹，并控制相机拍摄每次投影结构光条纹的图像；对相机图像中光学标定板角点进行识别，根据相机记录的图像序列，解码出光学标定板角点在投影仪图像中的像点坐标，通过标定算法计算出投影仪内参。
11、进一步地，快速定位模块具体用于：通过深度学习模板匹配算法对移动前后图像中的几何特征进行识别匹配，并根据匹配结果计算图像间单应性矩阵，进而在移动后图像中映射出预设的靶球范围框。
12、进一步地，快速定位模块还具体用于：对靶球范围框内图像进行超分辨率处理，再进行图像处理，依据标记图案形式计算出靶球标记基准点的坐标并还原到原始尺寸下，从而计算出靶球标记基准点在相机图像中的二维坐标。
13、进一步地，快速定位模块还具体用于：采用结构光技术建立相机-投影仪二维图像坐标系对应关系，根据对应关系计算出相机图像中靶球标记基准点在投影仪图像中的对应点。
14、进一步地，快速定位模块还具体用于：根据靶球标记基准点在投影仪图像中的二维坐标，以及靶球标记基准点三维坐标的测量数据，通过pnp算法求解出被投影工件相对于投影仪空间坐标系的位姿信息。
15、进一步地，投影操作模块具体用于：将虚拟工艺信息离散成三维点集，根据被投影工件相对于投影仪空间坐标系的位姿矩阵、投影仪的内部参数以及三维点集，通过三维空间投影算法生成工序引导图像。
16、进一步地，投影操作模块还具体用于实现操作者与光学投影系统的交互。
17、第二方面，本申请提供了一种快速匹配定位的光学投影方法，基于如上所述的快速匹配定位的光学投影系统实现，包括：
18、信息编辑模块根据装配工艺流程编排各工序所需的虚拟工艺信息，生成引导信息集文件；
19、快速定位模块根据相机拍摄的光学投影系统移动前后的被投影工件图像，通过深度学习模板匹配的方法确定预设的靶球标记基准点在移动后相机图像中的二维坐标，以及通过结构光方法确定相机图像中的靶球标记基准点在投影仪图像中的对应点，并结合测量设备得到的靶球三维坐标的测量数据，确定被投影工件相对于投影仪空间坐标系的位姿信息；
20、投影操作模块根据引导信息集文件以及位姿信息，通过三维空间投影算法生成工序引导图像；
21、投影仪将工序引导图像投影在被投影工件表面。
22、(3)有益效果
23、本申请的上述技术方案具有如下优点：
24、本申请第一方面提供的快速匹配定位的光学投影系统，采用深度学习模板匹配算法对移动前后图像中几何特征识别匹配，进而实现对图像中靶标范围框动态追踪和范围框内靶标中心点识别，采用这种二次定位的方法实现对尺寸较大或表面纹理不丰富的工件快速定位，既满足使用效率要求，也满足定位精度要求。系统可以引入装配现场常用的高精度测量设备的测量数据，并可以转换到同一坐标系下，进而实现多套系统联合使用，满足不同尺寸工件的投影辅助装配需求。
25、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
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1.一种快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，包括投影仪、相机、信息编辑模块、快速定位模块以及投影操作模块；
2.如权利要求1所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，还包括系统标定模块；所述系统标定模块用于对所述投影仪的内部参数进行标定。
3.如权利要求2所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述系统标定模块具体用于：控制所述投影仪对棋盘格光学标定板投影结构光条纹，并控制相机拍摄每次投影结构光条纹的图像；对相机图像中光学标定板角点进行识别，根据相机记录的图像序列，解码出光学标定板角点在投影仪图像中的像点坐标，通过标定算法计算出投影仪内参。
4.如权利要求1所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述快速定位模块具体用于：通过深度学习模板匹配算法对移动前后图像中的几何特征进行识别匹配，并根据匹配结果计算图像间单应性矩阵，进而在移动后图像中映射出预设的靶球范围框。
5.如权利要求4所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述快速定位模块还具体用于：对所述靶球范围框内图像进行超分辨率处理，再进行图像处理，依据标
6.如权利要求1所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述快速定位模块还具体用于：采用结构光技术建立相机-投影仪二维图像坐标系对应关系，根据所述对应关系计算出相机图像中所述靶球标记基准点在投影仪图像中的对应点。
7.如权利要求1所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述快速定位模块还具体用于：根据所述靶球标记基准点在投影仪图像中的二维坐标，以及所述靶球标记基准点三维坐标的测量数据，通过PNP算法求解出被投影工件相对于投影仪空间坐标系的位姿信息。
8.如权利要求1所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述投影操作模块具体用于：将所述虚拟工艺信息离散成三维点集，根据被投影工件相对于投影仪空间坐标系的位姿矩阵、投影仪的内部参数以及所述三维点集，通过三维空间投影算法生成所述工序引导图像。
9.如权利要求1所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述投影操作模块还具体用于实现操作者与所述光学投影系统的交互。
10.一种快速匹配定位的光学投影方法，其特征在于，基于如权利要求1至9任一项所述的快速匹配定位的光学投影系统实现，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，包括投影仪、相机、信息编辑模块、快速定位模块以及投影操作模块；
2.如权利要求1所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，还包括系统标定模块；所述系统标定模块用于对所述投影仪的内部参数进行标定。
3.如权利要求2所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述系统标定模块具体用于：控制所述投影仪对棋盘格光学标定板投影结构光条纹，并控制相机拍摄每次投影结构光条纹的图像；对相机图像中光学标定板角点进行识别，根据相机记录的图像序列，解码出光学标定板角点在投影仪图像中的像点坐标，通过标定算法计算出投影仪内参。
4.如权利要求1所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述快速定位模块具体用于：通过深度学习模板匹配算法对移动前后图像中的几何特征进行识别匹配，并根据匹配结果计算图像间单应性矩阵，进而在移动后图像中映射出预设的靶球范围框。
5.如权利要求4所述的快速匹配定位的光学投影系统，其特征在于，所述快速定位模块还具体用于：对所述靶球范围框内图像进行超分辨率处理，再进行图像处理，依据标记图案形式计算出所述靶球标记基准点的坐标并还原到原始尺寸下，从而计算出...
【专利技术属性】
技术研发人员：穆欣伟，刘诺石，郑秀楠，张瑞天，秦玉波，邹方，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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