[发明专利]一种基于双目立体视觉的三维测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于双目立体视觉的三维测量装置及方法，属于自动化测量领域。一种基于双目立体视觉的三维测量装置包括：建立测量室，在测量室的侧板和底板上分别安装有弧形运动机构和姿态调整机构，姿态调整机构周围布置有可调灯带，相机运动机构安装在弧形运动机构上。测量方法包括以下步骤：确定测量目标与相机的相对位置，相机绕测量目标旋转对其定相拍摄，获取测量目标在不同光照条件下的点云模型并从中筛选出降损模型，不断调整相机的拍摄相位角从降损模型中获取优化模型，对优化模型进行粗配准与精配准获得配准模型，对比配准模型与标准模型的差距完成三维测量。与现有技术相比，该测量装置及方法同时提高了三维测量的效率和精度。

技术领域

本发明属于自动化测量领域，尤其涉及一种基于双目立体视觉的三维测量装置及方法。

背景技术

工业测量是工业生产中必不可少的一部分，只有对工件进行测量才能了解产品是否符合工艺规范，制定准确而有效的测量方法成为工业生产的迫切需要。作为非接触式测量的一种，基于双目立体视觉的测量方法依据视差原理来获得空间物体三维信息，其测量过程简便，测量结果精度高，目前在工业零件生产、工件尺寸测量以及医学等方面得到广泛的应用。

现有的基于双目立体视觉的测量装置及方法主要通过人工或半自动的方法不断调整双目相机与测量目标的相对位置，以采集测量目标各个视角下的点云模型，由于人工调整相对位置的繁琐性和不确定性，将会导致针对测量目标的图像采集工作效率低下、所采集图像质量不高；在多视角点云模型的采集结束后，需要对这些点云模型进行点云配准，进而生成配准后测量目标的完整点云模型，三维测量最终通过比对配准后模型与理想模型的差异来实现，那么三维测量的精度、效率就完全取决于点云配准的精度、效率。上述人工或半自动的采集方法将会增大多视角下所采集点云模型的大小差异，进而降低后期点云配准的精度；已知现有的基于双目立体视觉的测量方法均是在开放的环境下进行，由于双目相机对环境光照非常敏感，光照较暗或者过度曝光很容易导致所采集的点云模型残缺，进一步降低了后期点云配准的精度；配准的效率与精度往往依赖于所采集相邻点云间的重叠率，若所采集的相邻模型间重叠率太低，将直接放大点云配准的误差，若相邻模型间重叠率太高，将会增加需要配准的模型数量，进而增大点云配准的计算量，直接拉低点云配准的效率。

中国专利CN110136248A公开了一种基于双目立体视觉的变速器壳体三维重建装置及方法，包括两摄像机、转台及两个升降台，转台水平设置，转台能够绕竖直中心线转动；两个升降台对称安装在转台上；每个升降台上设有一个翻转夹紧装置，翻转夹紧装置包括夹紧液压缸、电机支架、电机及手爪；两个翻转夹紧装置能够实现变速器壳体的夹持，所述的摄像机镜头朝向两手爪之间。该装置的工作过程为翻转夹紧装置使得变速器壳体在竖直平面内旋转，通过转台转动使得变速器壳体在水平面内旋转，得到多组不同位置的变速器壳体的图像。翻转夹紧装置的具体工作流程为：首先使用手爪夹紧工件，接着升起两个升降台，然后驱动电机工作使工件翻转，同时使用两摄像机对工件进行拍摄，最后使升降台下降，手爪松开放下工件并复位。该发明相对于传统测量装置及方法性能有所提高，但存在以下问题：翻转夹紧装置无法有效控制工件的翻转角度，进而无法控制相机所采集相邻模型间的重叠率，影响后期点云处理的精度与效率；拍摄过程在开放的环境下进行，光照较暗或者过度曝光很容易导致所采集的点云模型残缺，可能降低了后期点云配准的精度。

发明内容

为了提高双目立体视觉系统的三维测量效率和精度，本发明提供一种基于双目立体视觉的三维测量装置及方法，依托多个机构的联合驱动实现测量过程的全自动化。

所述一种基于双目立体视觉的三维测量装置，主要由测量室、弧形运动机构、姿态调整机构、相机运动机构和灯带组成。测量室由铝合金型材和钢板搭建而成，弧形运动机构安装在测量室的侧板上，姿态调整机构安装在测量室的底板上，姿态调整机构的几何中心与弧形运动机构中弧形导轨的对称平面重合，相机运动机构安装在弧形运动机构的滑块上，在姿态调整机构周围布置有数个可调灯带，分别固定在测量室的侧板、顶板与门上。测量时，通过对弧形运动机构、姿态调整机构和相机运动机构的联合驱动实现对点云模型的自动化采集，同时提高点云模型的采集精度。