[发明专利]一种基于立体视觉的船板加工精度分析方法

摘要

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。

主权项

一种基于立体视觉的船板加工精度分析方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，相机标定与图像纠偏；1)基于“张氏标定法”，根据棋盘格标定板上角点信息，利用Harris角点算子进行检测，并在角点附近区域计算其亚像素精度坐标；根据标定板的参数和得到的角点亚像素坐标，求解得到单相机参数，计算出单相机的畸变系数；2)对相机组进行标定，得到相机组内坐标变换参数，结合步骤1)求得的单相机参数和畸变系数进行重投影，计算投影误差并优化迭代，得到优化的相机参数和畸变系数，从而对相机拍摄的图像进行纠偏；第二步，特征提取；使用第一步标定后的相机组同时拍摄船板图像，提取船板图像特征点的像素坐标信息，所述特征点包括船板角点、边缘点和人工标记点，每平米船板至少包含5个特征点；第三步，特征点三维重建及网格粗匹配；1)根据第二步提取得到的特征点像素坐标信息和不同图像上相应特征点的匹配信息，运用立体视觉原理重建船板特征点，得到相机坐标系下的特征点三维坐标；2)运用最小二乘法计算船板设计网格坐标系下的特征点三维坐标与步骤1)中相机坐标系下的特征点三维坐标之间的刚性变换矩阵，实现网格粗匹配，同时将船板设计网格变换到相机坐标系下；第四步，加工精度误差分析；1)运用第一步计算得到的单相机参数和相机组内坐标变换参数，将第三步得到的相机坐标系下的船板设计网格，投影到每个相机拍摄的船板图像上；2)采用光流场结合光滑约束和边界约束的方法来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第一步得到的单相机参数和相机组内坐标变换参数重建每个网格顶点在三维空间中的偏移量；从而计算每个网格顶点偏移量的法向投影偏移量，并计算法向投影偏移量的平均值，作为加工误差评估指标。