[发明专利]一种复杂凸面型物体三维重建与体积测量方法

权利要求书

1.一种凸面型物体三维重建与体积测量方法，提供一种凸面型物体三维重建与体积测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，测量系统布设；

第二步，初始的外包体数据集合                                                设置；

第三步，待测物体三维形貌重建；

第四步，待测物体体积计算；

所述步骤一具体为：

1.1 将待测物体放置在于黑色平板中心位置；

1.2 建立测量坐标系o-xyz

坐标系o-xyz中o点位于平板中心， o-x轴和o-y轴位于平板上表面所在平面；o-z轴垂直o-xy平面，指向平板上方；o-x轴、o-y轴和o-z轴符合右手定则；

1.3布设编码标志 

在平板上布设1个圆形对角标志和个方形对角标志，其中≥3，上述对角标志在o-xyz坐标系中的三维坐标已知，且均匀分布于以待测物体为中心的圆周上；

所述步骤二具体为：

2.1 设置一个被测物体的外包长方体

设置一个被测物体的外包长方体，该长方体的顶点坐标分别为（-X/2，-Y/2，0）、（-X/2，Y/2，0）、（X/2，-Y/2，0）、（X/2，Y/2，0）、（-X/2，-Y/2，Z）、（-X/2，Y/2，Z）、（X/2，-Y/2，Z）、（X/2，Y/2，Z）；

2.2分割外包长方体并记录数据

将外包长方体分割成个小的立方体单元，≥ 6000000，将立方体单元的中心坐标及其对应的标识码，记入外包体数据集合，的计算公式分别为，

            （1）

            （2）

                 （3）

其中， ，， ， ，；

2.3初始化立方体单元标识码

令立方体单元对应的标识码；

所述步骤三具体为：

3.1 待测物体图像拍摄

选取拍摄位置和角度，利用测量相机拍摄一张待测物体的图像，保证所拍摄的图像包含平板上的对角标志；

3.2待测物体图像轮廓提取

利用已有的图像边缘检测算法，提取待测物体图像的封闭轮廓，将位于待测物体图像封闭轮廓以内及待测物体图像封闭轮廓上的图像点坐标记为集合，，其中为位于待测物体图像封闭轮廓以内及待测物体图像封闭轮廓上图像点像素坐标，为的个数；

3.3 对角标志识别与定位

3.3.1 对待测物体图像的封闭轮廓以外的图像区域，依次进行二值化、图像闭运算、膨胀处理，以及连通域分割，将得到的各连通域记为集合；其中为各连通域图像点像素坐标构成的子集，并按元素个数降序排列，为连通域的个数；

3.3.2 计算集合中前个子集的面积、周长以及质心坐标，其中；

3.3.3 在以为中心建立的一个正方形搜索区域内，采用Harris角点检测算法计算获得对角标志的亚像素图像坐标；

3.3.4 计算，最大值所对应的对角标志，即判定为圆形对角标志，其它个即判定为方形对角标志，以圆形对角标志的亚像素图像坐标为起点，在图像中顺时针排序，完成所有对角标志的识别；

3.4 投影矩阵计算

3.4.1 利用识别出的对角标志的亚像素图像坐标，及其对应的o-xyz坐标系中的三维坐标，利用位姿估计算法，获得测量相机在o-xyz坐标系中的姿态矩阵和平移向量；

3.4.2 利用公式（4），计算出投影矩阵

        （4）；

3.5外包体数据集合中立方体单元对应的标识码重置；

3.5.1 如果编号的立方体单元对应的标识码，其中，利用公式（5）计算该立方体单元中心在测量相机成像面上的投影的像面坐标：

               （5）

其中， ，表示对四舍五入取整，上标表示向量或矩阵的转置；

3.5.2 判断是否属于集合，若不属于集合，令；若属于集合，令；

3.6 重复步骤3.1至3.5实现被测物体三维重建

设置测量相机的拍摄位置，获取不同拍摄角度的待测物体图像m张，m一般取30~40，完成被测物体三维形貌的重建；

所述步骤四具体为：

计算待测物体的体积，计算公式为，

               （6）。