专利名称：一种基于等灰度线搜索的三维表面提取方法
技术领域：
本发明涉及物理领域，尤其涉及测量技术，特别涉及物体表面的三维数据测量，具体的是一种基于等灰度线搜索的三维表面提取方法。
背景技术：
在汽车冲压生产线上，因为磨具的损耗，在冲压过程中，成型的产品与标准的产品并不会完全一致，而存在一定的误差。这种误差是存在于三维空间的微小形变，通过目前现有的人工检测方法无法满足生产的需要，而不得不使用抽检的方法，因此无法保证所有产品的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于等灰度线搜索的三维表面提取方法，所述的这种基于等灰度线搜索的三维表面提取方法要解决现有技术中汽车冲压生产线无法快速检测成型产品的微小形变的技术问题。本发明的这种基于等灰度线搜索的三维表面提取方法包括一个利用摄像机取得物体表面图像、并从所述的物体表面图像中计算重建物体三维表面的过程，其中，在所述的利用摄像机取得物体表面图像、并从所述的物体表面图像中计算重建物体三维表面的过程中，利用直线光源向所述的物体表面投射网格线，利用摄像机取得所述的网格线在物体表面的投射图像，根据投射在物体表面的网格线中横向直线和纵向直线的形变量，计算得到投射在物体表面的网格线中各交点相对于同一直线光源投射在一个基准平面上的网格线中各交点的偏移量，再根据直线光源与摄像机镜头光轴的夹角，计算得到投射在物体表面的网格线中各交点相对于所述的基准平面上的网格线中各交点的高度，从而获得投射在物体表面的网格线中各交点的三维位置数据，最后利用三维表面重建方法和网格线中各交点的三维位置数据重建最终的三维表面。进一步的，所述的三维表面重建方法包括一个采用线性插值方法填充网格线中各直线之间的点的高度信息的步骤。进一步的，所述的直线光源中包括有两个条纹激光投影光源，所述的两个条纹激光投影光源的投影光条纹相互垂直。进一步的，利用计算机从摄像机所取得的物体表面图像中根据灰度从背景中判断投射在物体表面的网格线。进一步的，利用沿直线搜索的方法分别获得横向及纵向的高度信息，通过两者的位置关系进行高度的调整，从而获得网格线交点的三维位置信息。进一步的，所述的沿直线搜索从而获得高度信息的方法中，采用一个根据优先级的搜索顺序而获得有效直线信息的方法。本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明利用两个正交的条纹激光光源在汽车冲压生产线中成型产品的表面投射网格线，利用摄像机获取物体表面包括网格线的图像，根据灰度从背景中判断投射在物体表面的网格线，根据网格线中横向直线和纵向直线的形变量，计算得到投射在物体表面的网格线中各交点相对于基准平面上的网格线中各交点的高度，从而获得投射在物体表面的网格线中各交点的三维位置数据，最后利用三维表面重建方法和网格线中各交点的三维位置数据重建最终的三维表面，能够有效地检测出待测物体表面的微小变化，而且通过机器视觉系统完全集成到现有的生产线上，进行在线检测，从而大幅度提闻了广品质量检验的效率。


图I是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法中的高度计算方法的示意图。
图2是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的示意图。图3是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例的示意图。图4是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法中的直线搜索方法的示意图。图5是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中的待检测物体的示意图。图6是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中摄像机从待检测物体表面取得的横向条纹图。图7是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中摄像机从待检测物体表面取得的纵向条纹图。图8是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中从图7的横向条纹图中提取得到的横向直线图。图9是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中从图8的纵向条纹图中提取得到的纵向直线图。图10是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中搜索直线后得到的高度图。图11是图10中高度调整后得到的表面高度图。图12是图11经过插值填充后得到的三维表面图。图13是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中事先提取的标准物体的三维模型。图14是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中物体表面存在异物时的图像。图15是本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法的一个实施例中提取的表面存在异物的物体图像。
具体实施例方式实施例I :本发明的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法包括一个利用摄像机取得物体表面图像、并从所述的物体表面图像中计算重建物体三维表面的过程，其中，在所述的利用摄像机取得物体表面图像、并从所述的物体表面图像中计算重建物体三维表面的过程中，利用直线光源向所述的物体表面投射网格线，利用摄像机取得所述的网格线在物体表面的投射图像，根据投射在物体表面的网格线中横向直线和纵向直线的形变量，计算得到投射在物体表面的网格线中各交点相对于同一直线光源投射在一个基准平面上的网格线中各交点的偏移量，再根据直线光源与摄像机镜头光轴的夹角，计算得到投射在物体表面的网格线中各交点相对于所述的基准平面上的网格线中各交点的高度，从而获得投射在物体表面的网格线中各交点的三维位置数据，最后利用三维表面重建方法和网格线中各交点的三维位置数据重建最终的三维表面。进一步的，所述的三维表面重建方法包括一个采用线性插值方法填充网格线中各直线之间的点的高度信息的步骤。进一步的，所述的直线光源中包括有两个条纹激光投影光源，所述的两个条纹激光投影光源的投影光条纹相互垂直。 进一步的，利用计算机从摄像机所取得的物体表面图像中根据灰度从背景中判断投射在物体表面的网格线。进一步的，利用沿直线搜索的方法分别获得横向及纵向的高度信息，通过两者的位置关系进行高度的调整，从而获得网格线交点的三维位置信息。进一步的，所述的沿直线搜索从而获得高度信息的方法中，采用一个根据优先级的搜索顺序而获得有效直线信息的方法。如图I所示，C代表摄像机，P代表投影光，Q代表基准面上的点，Q’代表物体表面上的点，β代表投影光轴与竖直方向的夹角，h代表物体在Q’的高度，xl，x2代表摄像机捕捉到画面上的点的像素坐标。通过几何关系，可以得到公式(I)tan/ 其中k表示从像素坐标系到实际真实坐标系的系数。该系数可以通过系统标定获得。从公式(I)可知为了获得高度h，必须知道像素偏移的距离，S卩(x2-xl)的值。为了测定这个距离，可以通过投射直线光源，从直线的形变量测得像素的偏移。如图2所示，在本发明的一个实施例中，为了分别获得横向和纵向的相对高度，并且要求是正交的直线投影，采用两个横纹的激光光源Laserl和Laser2，成90度正交摆置。由此在其直线相交的中心区域可以获得一个矩形的正交网格线投影。如图3所示，摄像机采样得到的被形变了的直线。在图3中找到横竖直线的交点，然后从交点出发，沿直线分别搜索上下左右四个方向，找出直线上的点相对于起始点的高度。Qiujl :已知高度的交点,其坐标为(il, jl).Qi2j2j :沿直线找到的下一个交点，其坐标为(i2，j2).因此可以得到Qi2, j2的高度hi2,2J
权利要求
1.一种基于等灰度线搜索的三维表面提取方法，包括一个利用摄像机取得物体表面图像、并从所述的物体表面图像中计算重建物体三维表面的过程，其特征在于在所述的利用摄像机取得物体表面图像、并从所述的物体表面图像中计算重建物体三维表面的过程中，利用直线光源向所述的物体表面投射网格线，利用摄像机取得所述的网格线在物体表面的投射图像，根据投射在物体表面的网格线中横向直线和纵向直线的形变量，计算得到投射在物体表面的网格线中各交点相对于同一直线光源投射在一个基准平面上的网格线中各交点的偏移量，再根据直线光源与摄像机镜头光轴的夹角，计算得到投射在物体表面的网格线中各交点相对于所述的基准平面上的网格线中各交点的高度，从而获得投射在物体表面的网格线中各交点的三维位置数据，最后利用三维表面重建方法和网格线中各交点的三维位置数据重建最终的三维表面。
2.如权利要求I所述的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法，其特征在于所述的三维表面重建方法包括一个采用线性插值方法填充网格线中各直线之间的点的高度信息的步骤。
3.如权利要求I所述的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法，其特征在于所述的直线光源中包括有两个条纹激光投影光源，所述的两个条纹激光投影光源的投影光条纹相互垂直。
4.如权利要求I所述的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法，其特征在于利用计算机从摄像机所取得的物体表面图像中根据灰度从背景中判断投射在物体表面的网格线。
5.如权利要求I所述的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法，其特征在于分别在沿横向直线及纵向直线的方向上，根据设定的优先级顺序，搜索直线上的点像素坐标位置，获得直线的形变量。
6.如权利要求I所述的基于等灰度线搜索的三维表面提取方法，其特征在于分别通过横向直线及纵向直线的形变量在其相交点的位置关系进行高度的调整，从而获得网格线交点的三维位置信息。
全文摘要
一种基于等灰度线搜索的三维表面提取方法，利用两个正交的条纹激光光源在汽车冲压生产线中成型产品的表面投射网格线，利用摄像机获取物体表面包括网格线的图像，根据灰度从背景中判断投射在物体表面的网格线，根据网格线中横向直线和纵向直线的形变量，计算得到投射在物体表面的网格线中各交点相对于基准平面上的网格线中各交点的高度，从而获得投射在物体表面的网格线中各交点的三维位置数据，最后利用三维表面重建方法和网格线中各交点的三维位置数据重建最终的三维表面，能够有效地检测出待测物体表面的微小变化，而且通过机器视觉系统完全集成到现有的生产线上，进行在线检测，从而大幅度提高了产品质量检验的效率。
文档编号G01B11/25GK102798349SQ201110134778
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者沈安祺 申请人:上海瑞伯德智能系统科技有限公司