[发明专利]一种基于立体视觉的船板加工精度分析方法

说明书

本发明提出了一种基于多目立体视觉的船板加工精度分析方法。此发明仅需要一组普通的光学成像设备，通过对实际加工船板的数字图像采集和特征信息提取，进行船板网格的三维重建，以及加工精度分析，进而指导加工过程中的误差修正，提高船板的加工品质，包括如下步骤：第一步，相机标定。第二步，特征提取。第三步，特征点三维重建及网格粗匹配。第四步，加工精度误差分析，采用光流场结合光滑约束和边界约束的方法建立不同相机图像中每个网格顶点的对应关系及每个网格顶点之间的偏移量；运用立体视觉原理和相机参数重建每个网格顶点在三维空间中的偏移量。此发明已在工业应用领域取得了阶段性成果，填补了造船工业中数字化测量和分析技术的空白。

技术领域

本发明属于船舶制造技术和计算机视觉测量领域，涉及一种船舶曲面钢板加工精度的立体视觉检测方法，特别是水火弯板过程中利用复杂表面特征的精度检测方法。

背景技术

水火弯板无模成型技术是目前造船工业中一项被广泛应用的成型加工工艺。如何检测被加工船板曲面与设计目标的形状误差是目前造船业迫切需要解决的问题。

当前船厂主要依靠木质样箱等工具辅助目测的方法来进行检测。该方法测量误差较大精度无法保证。

随着成像设备与计算机算法等硬件和软件的发展，利用计算机视觉技术对船板曲面进行精度检测已经成为一个重要的发展方向。众多专家学者致力于该类技术方法的研发。

专利CN103673916A首先构建船板理论模型点云，再通过扫描构建船板测量点云，利用测量点云与理论曲面之间的距离来表示测量点云与模型点云的偏差。该方法需利用激光线扫描来得到测量点云，对设备要求较高。

专利CN104765702A利用投影设备在待测外板上投射覆盖全板的双色结构图案，通过双目相机采集2D图像，计算特征图案中心像素坐标，并重建出其空间三维坐标当做外板点云数据。利用此测量点云与理论曲面的误差来表示加工误差。该方法需利用投影设备，对环境适应性要求较高。

专利CN105571511A利用三维云台带动激光测距仪扫描船板表面生成点云并拟合曲面。拍摄船板表面纹理为点云纹理赋值，修正拟合面边界。将拟合面与船板理论面匹配并计算误差。该方法除了光学成像设备外，还需借助三维云台和激光测距仪。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于多目立体视觉的船板加工精度分析方法。此发明仅需要一组普通的光学成像设备，通过对实际加工船板的数字图像采集，进行二维特征信息提取，并重建船板的三维网格数据，最终与船板设计网格数据进行比对分析，得到实际船板的加工误差。

本发明的技术方案为：

一种基于立体视觉的船板加工精度分析方法，包括如下步骤：

第一步，相机标定与图像纠偏。

1)采取多相机系统进行非接触测量，支持2100万像素、1800万像素、1200万像素等常用分辨率。第一次使用或测量精度不够时，需要进行单相机标定和相机组标定。为减少因图像插值造成的图像模糊，至少要保证3幅标定板图像。

实现了基于“张氏标定法”的数码相机成像系统的标定软件功能模块。根据棋盘格标定板的角点信息，基于Harris角点计算出亚像素精度的棋盘格角点坐标，并计算出每个相机的畸变系数，并运用数值优化的方法使得畸变系数进一步精确化，从而有效地对相机拍摄的图像进行纠偏。

2)相机组的标定流程如下：

①将成像系统的相机组按顺序摆放好，编号1～N；

②将标定板放在相机1和相机2的公共视域内，相机1和相机2同时拍摄标定板；

③标定出相机1到相机2的齐次坐标变换；