[发明专利]一种建材试件外形合规性快速测量方法及其装置

说明书

本发明公开了一种建材试件外形合规性快速测量方法及其装置，其中方法包括以下步骤：S1.采集建材试件点云数据；对建材试件进行俯拍采集点云数据；S2.对所采集到的点云数据进行预处理；S3.通过基于三维凸包改进的建材试件快速几何特征计算法获取三维建材试件的几何特征；S4.通过基于点云梯度和深度特性的建材试件平整度测量方法进行平整度计算。装置包括：双目深度相机、测试平面板和工业控制计算机；本发明不同于通用点云处理方法和传统的3D扫描，其针对建材试件的点云几何特性，不做点云模型匹配和只用一个角度进行拍摄，减少算法时间复杂度，从而可快速完成建材试件的合规性判断。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，更具体的说是涉及一种建材试件外形合规性快速测量方法及其装置。

背景技术

随着社会的不断发展，我国基础设施建设也有了很大发展，建筑行业正面临新的机遇。施工现场使用的建材质量不达标将会严重影响整体的施工效果，同时也会影响到工程的使用寿命，甚至会影响到施工人员和居住人员的生命安全，这样也会给建设单位带来名誉和经济损失。所以对建材合规性检测方法的研究在工程质量把控上是非常必要的。

建筑建材工业化建造的发展要求是设计标准化、制造工厂化、施工装配化和管理信息化，建材构件的制造精度是影响施工质量的重要因素，对建材构件特别是混凝土构件的尺寸进行检验评价是控制建筑工程质量的关键。以往采用直尺等工具检测建材构件的尺寸具有以下3点局限性：一是在二维平面内进行人工手动测量，不适用于异形构件三维层面的尺寸验收；二是测量工作量大、精度差、效率低，难以短时得到足够多的数据；三是当前建材构件尺寸评价标准为抽样选取代表点进行核算，不能全面反映构件的尺寸情况。建材构件尺寸检测验收方法难以适应高精度工业化拼装要求和自动化、信息化管理的发展趋势。

三维模型重构技术是一种结合三维非接触测量、点云重建和点云数据处理的复合技术。它利用针孔投影原理将点的空间位置记录成图像信息，在计算机中重构得到点的实际空间位置，将多张照片的重构结果拼接，获得整体数字信息，最后再利用整体数字信息进行工程应用，如测定物体在三维空间的位置、形状、大小、运动等。与传统测量方法相比，三维模型重构技术具有操作简便、非接触、精度好、效率高等优点。国内外学者首先在机械、医学、农业领域应用了三维模型重构技术。在机械领域，三维模型重构技术用于构件模型重构和尺寸测量，并以重构模型为基准进行力学分析、结构优化等操作。在医学和农业领域，分别有学者进行了人体器官和农作物叶片的模型重构和有限元分析。近年来，三维模型重构技术广泛应用于结构变形、变位、裂缝监测等领域，并逐渐与集成神经网络、计算机视觉等技术相结合。以上利用三维模型重构技术进行整体模型尺寸测量或结构局部监测，其重构体量多为毫米、厘米级，对细部尺寸检验评价的精度要求高。

三维模型重构结果一般是点云。点云是在同一坐标系下表达目标空间分布和表面特性的海量点集合，包括坐标、法矢量等信息。受仪器振动、环境、操作熟练程度等的影响，重构点云会出现噪声，因此，需进行数据处理。为使点云处理更具针对性，前人根据点云的拓扑关系和位置关系对点云进行了分类。点云分为3类：一是在研究对象点云之外不属于研究对象的点云，称为无关点云；二是由于系统误差引起的构件表面的噪点；三是研究对象的点云，称为有效点云。与无关点云和噪点对应的点云数据处理方法分为剔除算法和平滑算法，剔除算法用于删除无关点云，平滑算法则用于平滑噪点并最大限度保留细节特征。噪点平滑算法包括拉普拉斯滤波算法、双边滤波算法、三边滤波算法等，研究已较为成熟，而无关点云仍为手动剔除，处理效率和精度较低。

基于三维点云重构的试件测量方法进行尺寸验收时，重构点云模型在计算机内部不能直接测量，需要将重构点云模型与设计模型放在一起，按一定原则对齐，显示重构模型与设计模型尺寸之间的偏差，进而反映制造尺寸的误差。3D扫描技术可以在进行现场混凝土三维粗糙度检测方法。通过对室内浇筑12个具有不同粗糙度的混凝土试件，并制作对应的镜像模型，3D扫描利用模型检测试件的三维粗糙度。可见通用点云处理方法和传统的3D扫描算法步骤复杂，无法快速完成建材试件的合规性判断。