[发明专利]基于双目视觉的电梯导轨自动测量系统

摘要

为了解决电梯导轨人工测量劳动强度大、效率和精度低的问题，设计了一套基于双目视觉的电梯导轨自动测量系统，该系统由硬件系统和软件系统组成。针对电梯导轨表面对比度低、特征点少等问题，使用激光网格投影到待测量的工件表面，使工件表面具备确定的可识别特征，并使用RANSAC算法提取特征网格；然后使用SURF算法进行图像特征点的提取和匹配，并根据相机标定结果计算特征点的空间坐标；最后根据特征点的空间坐标，计算电梯导轨的形位公差。实验结果表明，该系统选型合理，软件稳定性好、效率高，提高了电梯导轨的测量效率和精度，具有很好的实用价值。

主权项

1.一种基于双目视觉的电梯导轨自动测量系统，包括双目视觉硬件系统和双目视觉软件系统；所述双目视觉硬件系统，包括前照光源、按照两光轴成一定角度进行安装，构成的立体汇聚模式的两台摄像机和镜头；所述双目视觉软件系统，包括相机标定、特征提取与特征匹配、特征点坐标计算和形位公差计算；所述地相机标定具体是采用MATLB平台上地Jean‑Yves Bouguet摄像机标定工具箱，在双目立体标定过程中，左摄像机投影矩阵M1为：以左摄像机为基准，则右摄像机投影矩阵M2为：假设已经成功确定两幅图像中，图像点A1和图像点A2为空间中一点A的在两幅图像中的对应点；同时，还假设已通过摄像机标定获得两台摄像机的投影矩阵M1和M2；于是有：式(4)和式(5)中，(u1,v1,1)和(u2,v2,1)分别为A1和A2在图像中的齐次坐标；(X,Y,Z,1)是A点在世界坐标系内的齐次坐标；分别为Mk的第i行第j列元素；将式(4)和式(5)中的ZC1和ZC2消去，得到关于X、Y、Z的四个线性方程：由解析几何知识可得，空间内的平面方程为线性方程，两个平面方程联立为这两个平面交线的方程，则式(6)和式(7)的几何意义是经过O1A1和经过O2A2的直线；又因为A是O1A1和O2A2的交点，必然同时满足式(6)和式(7)；因此，通过联立式(6)和式(7)求出A点的三维坐标(X,Y,Z)；然而，这4个联立的线性方程只包含(X,Y,Z)3个变量；这是因为之前假设A1和A2是空间中同一点A的对应点；在实际应用中，由于数据噪声的存在，采用最小二乘法解得X、Y、Z，即空间点的三维坐标；所述地特征提取与特征匹配包括：无激光网络投影图像的特征提取和有激光网络投影图像的特征提取与匹配；所述的无激光网格投影图像的特征提取与匹配，具体是：本系统采用SURF算法进行无激光网格投影图像的特征提取与匹配；所述的有激光网格投影图像的特征提取与匹配，具体是使用RANSAC算法进行网格特征提取的结果；所述的特征点坐标计算，具体是：经过图像匹配，可以得到多对匹配点，将匹配点的坐标代入式(6)和(7)，便可以得到特征点的空间坐标；所述的形位公差计算包括平面度和平行度计算。