一種板件上圓孔參數的測量方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種板件上圓孔參數的測量方法及系統，其中方法包括：獲取多目相機的內外參數；利用多目相機對板件進行圖像采集，獲得板件的局部平面灰度圖像；根據局部平面灰度圖像獲取板件上直線段端點和圓孔特征參數的像素值；根據局部平面灰度圖像中圓孔特征參數的像素值，和多目相機的內外參數，確定每對雙目相機坐標系下圓孔的局部空間參數；通過多目相機的內外參數對每對雙目相機坐標系下圓孔的局部空間參數進行轉換拼接，確定板件上圓孔的整體空間信息。本發明提供的方案提高了板孔的測量精度、測量速度和完整程度，降低了測量成本。
【專利說明】一種板件上圓孔參數的測量方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及測量【技術領域】，特別是指一種板件上圓孔參數的測量方法及系統。
【背景技術】
[0002]近年來，板型零件成為當前機電產品中重要的零件之一，在航空、航天、汽車、船舶等工業領域應用十分廣泛。圓孔是板型零件上最主要的特征，通常用來對板件進行定位和聯接。在大尺寸的板件上，圓孔往往具有數量多、分布廣、尺寸大小不一致等特點，其加工精度的高低，直接決定了零件性能的好壞。隨著工業技術的不斷進步，人們對零件特征測量的精度和效益提出了越來越高的要求。由于圓孔在工業零件中的廣泛應用，快速而準確的檢測其半徑和位置，在工業現場，特別是自動化檢驗和裝配領域有著廣泛的應用前景。現今不但對圓孔的測量精度提出了更高的要求，并且越來越需要實現在線實時測量。
[0003]在現有技術中，目前，國內外對于板件上圓孔的空間位置測量主要包括以下兩種測量方法:
[0004]第一種:基于機械裝置的接觸式測量方法
[0005]該種測量方法是采用游標卡尺、內徑千分尺、量規、三坐標測量機等測量工具對圓孔的直徑進行直接測量。這種測量方法操作簡單，對工人的技術要求較低，目前國內工廠仍廣泛采用這種測量方法。
[0006]然而，隨著板件加工工業的發展，這種方法也暴露出一些問題。首先，接觸式測量受到測量儀器和孔的尺寸限制，對于微孔以及較大尺寸的圓孔，無法使用傳統的測量儀器進行測量；其次，接觸式測量一次性只能測一個圓孔，而且測量結果對工人技術依賴較高，容易因人為原因而產生測量誤差，并且效率較低，對于擁有較多圓孔的板型零件，接觸式測量無法勝任；第三，由于測量時測量儀器需與待測件進行接觸，容易造成薄板等剛性比較差的板件變形，造成測量失真，影響測量精度。作為接觸式測量方法中的一種精密幾何量測量手段，三坐標測量機的測量精度雖然高，但其價格昂貴，對使用環境要求高，測量速度慢，對于圓孔邊界只能測量有限個點，無法全面描述圓孔的幾何尺寸特征，并且測量過程需人工干預，還需要對測量結果進行探頭損傷及探頭半徑補償。
[0007]第二種:基于萬能工具顯微鏡的非接觸式圓孔測量方法
[0008]萬能工具顯微鏡是機械制造行業常用的一種大型和復雜的光學測量儀器。它主要以影相法和軸切法為瞄準方法，按照直角坐標或極坐標來精確地測量板件上直線段的長度、角度以及圓孔的直徑。影像法是直接依靠顯微鏡將影像放大來瞄準讀數，軸切法是為了在輪廓對準上克服因衍射現象帶來的測量誤差，利用所配附件測量刀上的刻線代替被測表面輪廓來完成瞄準。這種方法測量的結果較為精確。
[0009]但是，在生產實際測量中發現，該測量方法還是存在某些不足。首先，顯微鏡的研發周期長，研發成本高，價格昂貴。其次，對于大尺寸、圓孔數量較多的板件，該方法存在一定的局限性，測量效率還不是很理想。
[0010]在現有技術中，通常使用雙目視覺技術來重建空間一點的坐標，其基本流程包括標定、匹配及重建。雙目視覺技術能夠通過兩個相機的內、外參數和兩個相機成像平面上的對應點坐標來重建空間一點坐標，如圖1所示，I1和I2分別是左右兩個相機的成像平面，C1和C2分別是左右兩個相機的光心，在空間某一平面JI (三角BC1MC2所在平面)上有一點M，該M點在I1和I2上的投影點分別為P1和P2 (C1MX2M與像平面I1U2的交點)，將兩個成像平面I1和I2分別與平面π的交線ei和e2稱為極線，P1和P2必過極線。由幾何關系可知,如果知道兩個相機光心C1和C2之間的距離、光心C1和C2分別到成像平面I1和I2的距離(焦距)、兩成像平面I1和I2的夾角等雙目視覺系統的內、外參數以及成像平面I1上的點P1的坐標，即可確定e2 (相應地，通過像平面I2上的點P2的坐標也可以確定ei)，則P1的對應點P2必在極線上(可以利用匹配算法在極線上搜索P2),再通過P1和P2的坐標，即可唯一確定平面π上點M的空間坐標。
[0011]但是，針對大尺寸板件上圓孔的空間位置的快速單次測量，僅僅采用雙目測量是遠遠不夠的。原因是在采集板件灰度圖像過程中，由于相機的分辨率有限，采集較大范圍的圖像，會使圖像中圓孔等特征的像素信息減少，從而影響后續的操作，最終降低測量的精度。
【發明內容】
[0012]本發明要解決的技術問題是提供一種板件上圓孔參數的測量方法及系統，解決現有技術中基于機械裝置的接觸式圓孔測量方法和基于萬能工具顯微鏡的非接觸式圓孔測量方法過程繁瑣復雜、效率較低、成本較高等不足，以及單純的雙目視覺方案測量大尺寸板件圓孔的空間位置信息不完整、精度低等問題。
[0013]為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種板件上圓孔參數的測量方法，包括:
[0014]步驟1:獲取多目相機的內、外參數；
[0015]步驟2:通過自動進給機械平臺搭載所述板件向前進給，利用所述多目相機對板件進行圖像采集，獲得所述板件的局部平面灰度圖像；
[0016]步驟3:根據所述局部平面灰度圖像獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值；
[0017]步驟4:根據所述局部平面灰度圖像中所述圓孔特征參數的像素值，以及所述多目相機的內、外參數，確定每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數；
[0018]步驟5:通過所述多目相機的內、外參數，對每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數進行轉換、拼接，確定所述板件上圓孔的整體空間信息。
[0019]上述的測量方法，其中，所述步驟3包括:
[0020]步驟31:根據所述多目相機的內、外參數對所述局部平面灰度圖像進行矯正，得到矯正后的圖像；
[0021]步驟32:獲取所述矯正后的圖像中的板件區域；
[0022]步驟33:獲取所述板件區域的邊緣線；
[0023]步驟34:根據所述邊緣線，對所述板件上的直線段、圓孔等特征進行擬合，進而獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值。
[0024]上述的測量方法,其中，還包括:[0025]步驟6:對各個所述多目相機所獲取的所述局部平面灰度圖像進行拼接，獲取所述板件的整體平面灰度圖像，根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
[0026]上述的測量方法，其中，所述步驟6包括:
[0027]步驟61:對每幅所述局部平面灰度圖像進行畸變矯正，得到消除畸變的圖像；
[0028]步驟62:在兩幅相鄰的所述消除畸變的圖像中，選取三個以上的公共特征點，由所述公共特征點計算出兩幅圖像的坐標轉換矩陣；
[0029]步驟63:以所述兩幅圖像中任一幅圖像的坐標系為基準，通過所述坐標轉換矩陣，將非基準圖像中的全部像素點轉換到基準圖像中；
[0030]步驟64:循環讀取相鄰的所述消除畸變的圖像，并對其進行所述步驟62和所述步驟63的操作，直至得到所述板件的整體平面灰度圖像；
[0031]步驟65:根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
[0032]上述的測量方法，其中，所述公共特征點包括:圖像公共區域中的圓心點以及直線段的端點。
[0033]上述的測量方法，其中，所述步驟2還包括:
[0034]存儲所述板件的局部平面灰度圖像。
[0035]上述的測量方法，其中，還包括如下步驟:
[0036]導入板件設計模型，與所述板件上圓孔的整體空間信息進行對比及圖表顯示。
[0037]上述的測量方法，其中，所述多目相機為:兩兩成對的偶數目相機。
[0038]本發明還提供了一種板件上圓孔參數的測量系統，包括:
[0039]第一獲取模塊，用于獲取多目相機的內、外參數；
[0040]圖像采集模塊，用于通過多目相機對板件進行圖像采集，獲得所述板件的局部平面灰度圖像；
[0041]第二獲取模塊，用于根據所述局部平面灰度圖像獲取所述板件上的直線段端點和圓特征參數的像素值；
[0042]尺寸測量模塊，用于根據所述局部平面灰度圖像中所述圓孔特征參數的像素值，以及所述多目相機的內、外參數，確定每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數；
[0043]數據拼接模塊，用于通過所述多目相機的內、外參數，對每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數進行轉換、拼接，確定所述板件上圓孔的整體空間信息。
[0044]上述的測量系統，其中，所述第二獲取模塊包括:
[0045]第一圖像處理單元，用于根據所述多目相機的內、外參數對所述局部平面灰度圖像進行矯正，得到矯正后的圖像；
[0046]獲取單元，用于獲取所述矯正后的圖像中的板件區域，并獲取所述板件區域的邊緣線；
[0047]擬合獲取單元，用于根據所述邊緣線，對所述板件上的直線段、圓孔等特征進行擬合，進而獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值。
[0048]上述的測量系統,其中，還包括:
[0049]拼接顯示存儲模塊，用于對各個所述多目相機所獲取的所述局部平面灰度圖像進行拼接，獲取所述板件的整體平面灰度圖像，根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
[0050]上述的測量系統，其中，所述拼接顯示存儲模塊包括:
[0051]第二圖像處理單元，用于對每幅所述局部平面灰度圖像進行畸變矯正，得到消除畸變的圖像；
[0052]選取計算單元，用于在兩幅相鄰的所述消除畸變的圖像中，選取三個以上的公共特征點，由所述公共特征點計算出兩幅圖像的坐標轉換矩陣；
[0053]轉換單元，用于以所述兩幅圖像中任一幅圖像的坐標系為基準，通過所述坐標轉換矩陣，將非基準圖像中的全部像素點轉換到基準圖像中；
[0054]循環操作單元，用于循環讀取相鄰的所述消除畸變的圖像，然后由所述選取計算單元和所述轉化單元進行操作，直至得到所述板件的整體平面灰度圖像；
[0055]顯示存儲單元，用于根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
[0056]上述的測量系統，其中，所述公共特征點包括:圖像公共區域中的圓心點以及直線段的端點。
[0057]上述的測量系統，其中，所述圖像采集模塊包括:
[0058]存儲單元，用于存儲所述板件的局部平面灰度圖像。
[0059]上述的測量系統，其中，還包括:
[0060]對比顯示模塊，用于提供三維模型數據導入接口，通過導入板件設計模型，與由所述數據拼接模塊得到的所述板件上圓孔的整體空間信息進行對比及圖表顯示。
[0061]上述的測量系統，其中，所述多目相機為:兩兩成對的偶數目相機。
[0062]本發明的上述技術方案的有益效果如下:
[0063]上述方案中，所述板件上圓孔參數的測量方法通過多目相機對板件進行圖像采集，獲得所述板件的局部平面灰度圖像；從該局部平面灰度圖像中提取板件區域，并確定該板件區域的邊緣線，從而測量該板件上圓孔的空間位置的兩個物理量:圓孔圓心和圓孔直徑，并在計算時，只需要重建板孔中心和若干邊緣點的位置，以及測量出板孔的直徑尺寸，不需重建整個板件的外表面形貌。這樣就使計算工作極大地簡化，從而能夠靈活快速地對各種板件上圓孔的空間坐標進行測量，提高了測量精度、測量速度和完整程度，降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0064]圖1為現有技術中利用雙目視覺技術來重建空間一點坐標的原理示意圖；
[0065]圖2為本發明實施例中測量系統的框架示意圖；
[0066]圖3為本發明實施例中測量系統的結構原理示意圖；
[0067]圖4為本發明實施例中測量系統組成示意圖；
[0068]圖5為本發明實施例的六目板孔快速測量系統示意圖；
[0069]圖6為本發明實施例中測量方法或測量系統所提取的板件邊緣線示意圖；
[0070]圖7為本發明實施例中被測板件分別投影在兩個成像平面上的投影示意圖；
[0071]圖8為圖7中的投影經過矯正后的示意圖；[0072]圖9為本發明實施例中測量方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0073]為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0074]本發明針對現有的基于機械裝置的接觸式圓孔測量方法和基于萬能工具顯微鏡的非接觸式圓孔測量方法過程繁瑣復雜、效率較低、成本較高等不足，以及單純的雙目視覺方案測量大尺寸板件圓孔的空間位置信息不完整、精度低等問題，提供一種板件上圓孔參數的測量系統，如圖2所示，包括:
[0075]第一獲取模塊，用于獲取多目相機的內、外參數；
[0076]圖像采集模塊，用于通過多目相機對板件進行圖像采集，獲得所述板件的局部平面灰度圖像；
[0077]第二獲取模塊，用于根據所述局部平面灰度圖像獲取所述板件上的直線段端點和圓特征參數的像素值；
[0078]尺寸測量模塊，用于根據所述局部平面灰度圖像中所述圓孔特征參數的像素值，以及所述多目相機的內、外參數，確定每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數；
[0079]數據拼接模塊，用于通過所述多目相機的內、外參數，對每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數進行轉換、拼接，確定所述板件上圓孔的整體空間信息。
[0080]具體地，本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量系統，其中，所述第二獲取模塊包括:第一圖像處理單元，用于根據所述多目相機的內、外參數對所述局部平面灰度圖像進行矯正，得到矯正后的圖像；獲取單元，用于獲取所述矯正后的圖像中的板件區域，并獲取所述板件區域的邊緣線；擬合獲取單元，用于根據所述邊緣線，對所述板件上的直線段、圓孔等特征進行擬合，進而獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值。
[0081]其中，上述尺寸測量模塊獲得的板孔的空間參數包括:板孔中心點坐標和板孔直徑尺寸；上述獲取單元具體可以通過機器視覺方法，對所獲取的局部平面灰度圖像進行增強和分割等處理，將板件區域從背景區域中提取出來，再提取出板件區域的邊緣線。
[0082]本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量系統，主要利用多目相機成像技術，通過對多目相機所獲得的圖像進行分析處理，實現對測量臺上擺放的大尺寸板件非接觸式單次快速測量，如板孔中心點位置、板孔直徑等。將板孔的空間位置分解為板孔中心位置和板孔直徑尺寸兩個物理量，分別對其進行測量。在計算時，只需要重建板孔中心和若干邊緣點的位置，以及測量出板孔的直徑尺寸，不需重建整個板件的外表面形貌。這樣就使計算工作極大地簡化，從而能夠靈活快速地對各種板件上圓孔的空間坐標進行測量。
[0083]該系統具有快速、高精度、全自動測量等幾大優勢。利用該系統能夠準確測量產品的幾何參數，確定板孔加工的起始數據和矯正數據，保障加工產品在允許的公差范圍內，最終保證其質量。采用本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量系統可以完全替代傳統的機械式板孔測量系統，并且在響應速度、精度和操作便捷性上都要優于采用萬能工具顯微鏡的板孔測量系統。
[0084]進一步地，本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量系統，還包括:拼接顯示存儲模塊，用于對各個所述多目相機所獲取的所述局部平面灰度圖像進行拼接，獲取所述板件的整體平面灰度圖像，根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
[0085]其中，所述拼接顯示存儲模塊包括:第二圖像處理單元，用于對每幅所述局部平面灰度圖像進行畸變矯正，得到消除畸變的圖像；選取計算單元，用于在兩幅相鄰的所述消除畸變的圖像中，選取三個以上的公共特征點，由所述公共特征點計算出兩幅圖像的坐標轉換矩陣；轉換單元，用于以所述兩幅圖像中任一幅圖像的坐標系為基準，通過所述坐標轉換矩陣，將非基準圖像中的全部像素點轉換到基準圖像中；循環操作單元，用于循環讀取相鄰的所述消除畸變的圖像，然后由所述選取計算單元和所述轉化單元進行操作，直至得到所述板件的整體平面灰度圖像；顯示存儲單元，用于根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
[0086]其中，所述公共特征點包括:圖像公共區域中的圓心點以及直線段的端點。
[0087]為方便下步圖像處理工作，本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量系統，其中，所述圖像采集模塊包括:存儲單元，用于存儲所述板件的局部平面灰度圖像。
[0088]為提高 測量的精度和相應速度，本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量系統，還包括:對比顯示模塊，用于提供三維模型數據導入接口，通過導入板件設計模型，與由所述數據拼 接模塊得到的所述板件上圓孔的整體空間信息進行對比及圖表顯示。
[0089]其中，所述多目相機為:兩兩成對的偶數目相機。
[0090]下面以六目相機為例具體說明本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量系統的測量實施過程。
[0091]如圖3、圖4和圖5所示，六目相機I (搭載于機械平臺3上)通過其鏡頭2對自動進給機械平臺5上的被測板件4進行圖像采集，照明光源6作為被測板件4的測量環境的光源，微型計算機7 (包括圖像采集卡和測量系統軟件)用于控制多目相機以及存儲多目相機采集到的圖像，其中，可以在計算機的存儲介質中存儲所述板件的局部平面灰度圖像，并利用采集到的圖像數據進行分析處理，將處理結果顯示在顯示器8上。其中，六目相機I具有六個調節位置:調節位置一 a、調節位置二 b、調節位置三C、調節位置四d、調節位置五e、調節位置六f ;鏡頭2可手動上下調節并可單自由度俯仰旋轉調節。
[0092]具體地，如圖4和圖5所示，在光學暗房內對六目系統的裝置進行布置和安裝，照明光源6采用LED漫射式前光源照明技術，即利用從被測板件前方照射過來的均勻視場的光，通過相機可以看到被測板件的邊緣輪廓，繼而測量板件上圓孔的尺寸和位置。六目相機I的兩兩共有視場構成一個錐形，這個錐形包括被測板件的最優測量部分。雙目相機中的一個相機垂直于板件平面放置，用于測量板孔的二維直徑；另一個相機與此相機呈一定的夾角，兩者共同計算板孔中心的三維坐標。所有多目相機從多角度對板件進行圖像采集，滿足可以實現整體測量要求。再利用微型計算機7和系統軟件控制六目相機I同時拍照，采集圖像，以獲取被測板件的局部平面灰度圖像，可以在存儲介質(例如計算機硬盤)中存儲所采集的圖像，以便于下步圖像處理工作。
[0093]根據雙目視覺原理，對多目相機進行標定，求解兩兩相機的內、外參數。該內、外參數包括相機內參數和相機外參數，相機內參數包括焦距f，相機相鄰像元的水平和垂直距離Sx、Sy,相機拍攝中心點坐標cx、Cy及圖像大小W (寬)、L (高)；相機外參數包括兩相機的相對位置，相對位置包括空間的移動[X，y, z]和轉動[α，β，gamma ]共6個未知量。對多目相機的標定方法采用制作標定板，對其從多角度，多位置采集圖像，識別標定板上的標定點，反求相機的內、外參數。
[0094]如圖6所示，在上述獲取板件區域和板件區域的邊緣線A時，通過機器視覺方法，對所獲取的板件的局部平面灰度圖像進行增強和分割處理，將如圖6所示的板件區域從背景區域中提取出來，再提取如圖6中所示的板件區域的邊緣線A。
[0095]板孔中心坐標的計算，是通過對提取的板件邊緣線進行擬合，獲取擬合圓的圓心的像素坐標，通過極線和中心線約束,對一對雙目圖像中的圓心點進行匹配,利用雙目視覺原理測量中心點的空間坐標。如圖7所示，空間中的板件邊緣線分別投影在兩個成像平面I1和I2上，對在兩個成像平面I1和I2上投影形成的圖像進行矯正，從而使得兩個圖像上的對應像素在同一行。
[0096]如圖8所示，圖像是根據多目相機的內、外參數進行矯正后的示意圖，假設板件上的某一圓孔中心點P在成像平面I1和I2上的投影為P1和P2,由極線約束關系P1和P2必過同一極線(因為該P點在I1和I2上的投影點分別為P1和P2，C1P, C2p與像平面1:、I2的交點，將兩個成像平面I1和I2分別與平面η的交線61和％稱為極線，？1和？2必過極線)，則該極線與成像平面上的板件的交點即為P1和p2。通過板孔中心點在成像平面I1U2上的對應點坐標，再結合兩相機的內、外參數，就可以重建該中心點的三維坐標，從而通過提取板件上各個圓孔的中心點，通過多個中點分別在成像平面1:、I2上的對應點坐標，再結合兩相機的內、外參數，就可以重建板件上的各個圓孔中心點。更具體地，將從成像平面I1上提取出的板孔中心點(Xyyi),根據極線約束，成像平面I2上的與點(Xyyi)對應的點必定與(Xi,Yi)的行坐標相同，行坐標即為修正后的極線的位置，并且成像平面12上的與點(Xi，yi)對應的點必定也是板孔的中心點，因此，成像平面I2上的行坐標為Xi的水平線和在成像平面I2上投影形成的板件的交點即為在成像平面I2上與點(Xi，yi)的對應點，由相機的內、外參數，重建板件上圓孔中心點的坐標。
[0097]如圖6所示，板孔的直徑尺寸測量，是通過對提取的板孔邊緣線A進行測量，首先按上述識別板孔中心點的方法，在擬合圓上提取一個圓周點，通過極線和中心線約束，對一對雙目圖像中的圓周點進行匹配，利用雙目視覺原理測量圓周點的空間坐標，然后利用空間兩點的距離公式來計算板孔的半徑，從而得到板孔的直徑。進一步地，為了提高測量的精度，可以在擬合圓的圓周上均勻地提取若干點，根據上述計算中心點空間坐標的方法，計算出各個圓周點的空間坐標，之后分別計算其與中心點的距離(即為板孔半徑)，并求取這些距離的平均值作為板孔半徑。
[0098]通過把每對相機所獲得的板孔中心點通過圖像數據相關算法進行取優整合拼接，以及測得的板孔直徑，來最終確定整個板件上圓孔的空間參數，包括:板孔中心坐標和板孔直徑。其中，對圖像進行拼接時，將一組相互間重疊部分的圖像序列進行空間匹配對準，經重采樣合成后形成一幅包含各圖像序列信息的寬視角場景的、完整的、高清晰的新圖像。
[0099]為解決上述技術問題，本發明實施例還提供了一種板件上圓孔參數的測量方法，如圖9所示,包括:
[0100]步驟1:獲取多目相機的內、外參數；
[0101]步驟2:通過自動進給機械平臺搭載所述板件向前進給，利用所述多目相機對板件進行圖像采集，獲得所述板件的局部平面灰度圖像；[0102]步驟3:根據所述局部平面灰度圖像獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值；
[0103]步驟4:根據所述局部平面灰度圖像中所述圓孔特征參數的像素值，以及所述多目相機的內、外參數，確定每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數；
[0104]步驟5:通過所述多目相機的內、外參數，對每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數進行轉換、拼接，確定所述板件上圓孔的整體空間信息。
[0105]具體地，本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量方法，其中，所述步驟3包括:步驟31:根據所述多目相機的內、外參數對所述局部平面灰度圖像進行矯正，得到矯正后的圖像；步驟32:獲取所述矯正后的圖像中的板件區域；步驟33:獲取所述板件區域的邊緣線；步驟34:根據所述邊緣線，對所述板件上的直線段、圓孔等特征進行擬合，進而獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值。
[0106]本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量方法通過多目相機對板件進行圖像采集，獲得所述板件的局部平面灰度圖像；從該局部平面灰度圖像中提取板件區域，并確定該板件區域的邊緣線，從而測量該板件上圓孔的空間位置的兩個物理量:圓孔圓心和圓孔直徑，并在計算時，只需要重建板孔中心和若干邊緣點的位置，以及測量出板孔的直徑尺寸，不需重建整個板件的外表面形貌。這樣就使計算工作極大地簡化，從而能夠靈活快速地對各種板件上圓孔的空間坐標進行測量，提高了測量精度、測量速度和完整程度，降低了成本。
[0107]上述圖9所示的測量方法在具體實現時，還可以首先在光學暗房內對多目系統的裝置進行布置和安裝，包括圖像采集設備(多目相機)、照明光源、計算機(安裝好軟件)等。
[0108]進一步地，本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量方法，還包括:步驟6:對各個所述多目相機所獲取的所述局部平面灰度圖像進行拼接，獲取所述板件的整體平面灰度圖像，根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
[0109]其中，所述步驟6包括:步驟61:對每幅所述局部平面灰度圖像進行畸變矯正，得到消除畸變的圖像；步驟62:在兩幅相鄰的所述消除畸變的圖像中，選取三個以上的公共特征點，由所述公共特征點計算出兩幅圖像的坐標轉換矩陣；步驟63:以所述兩幅圖像中任一幅圖像的坐標系為基準，通過所述坐標轉換矩陣，將非基準圖像中的全部像素點轉換到基準圖像中；步驟64:循環讀取相鄰的所述消除畸變的圖像，并對其進行所述步驟62和所述步驟63的操作，直至得到所述板件的整體平面灰度圖像；步驟65:根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
[0110]其中，所述公共特征點包括:圖像公共區域中的圓心點以及直線段的端點。
[0111]為方便下步圖像處理工作，本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量方法，其中，所述步驟2還包括:存儲所述板件的局部平面灰度圖像。
[0112]為提高測量的精度和相應速度，本發明實施例提供的所述板件上圓孔參數的測量方法，其中，還包括如下步驟:導入板件設計模型，與所述板件上圓孔的整體空間信息進行對比及圖表顯示。
[0113]其中，所述多目相機為:兩兩成對的偶數目相機。
[0114]綜上，本發明實施例提供的所述方法主要有三個關鍵內容。首先，由于是采用多目測量，選取合適的標定方法直接決定了獲取的被測板件的圖像信息的正確性和全面性。其次，獲取充分的圖像數據后根據需要分析處理，選取最優算法進而提高測量的精度和相應速度。最后，擬合數據，三維重構并顯示所測板件上圓孔的空間幾何信息。
[0115]本發明實施例提供的所述方法將板孔的空間位置分解為板孔中心點位置和板孔直徑尺寸兩個物理量，分別對其進行測量。在計算時，只需要重建板孔中心和若干邊緣點的位置，以及測量出板孔的直徑尺寸，不需重建整個板件的外表面形貌。這樣就使計算工作極大地簡化，從而能夠靈活快速地對各種板件上圓孔的空間坐標進行測量。
[0116]需要說明的是，上述系統的所述實現實施例均適用于該方法的實施例中，也能達到相同的技術效果。
[0117]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種板件上圓孔參數的測量方法，其特征在于，包括: 步驟1:獲取多目相機的內、外參數； 步驟2:通過自動進給機械平臺搭載所述板件向前進給，利用所述多目相機對板件進行圖像采集，獲得所述板件的局部平面灰度圖像； 步驟3:根據所述局部平面灰度圖像獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值； 步驟4:根據所述局部平面灰度圖像中所述圓孔特征參數的像素值，以及所述多目相機的內、外參數，確定每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數； 步驟5:通過所述多目相機的內、外參數，對每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數進行轉換、拼接，確定所述板件上圓孔的整體空間信息。
2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟3包括: 步驟31:根據所述多目相機的內、外參數對所述局部平面灰度圖像進行矯正，得到矯正后的圖像； 步驟32:獲取所述矯正后的圖像中的板件區域； 步驟33:獲取所述板件區域的邊緣線； 步驟34:根據所述邊緣線，對所述板件上的直線段、圓孔等特征進行擬合，進而獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值。
3.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，還包括: 步驟6:對各個所述多目相機所獲取的所述局部平面灰度圖像進行拼接，獲取所述板件的整體平面灰度圖像，根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
4.根據權利要求3所述的測量方法，其特征在于，所述步驟6包括: 步驟61:對每幅所述局部平面灰度圖像進行畸變矯正，得到消除畸變的圖像； 步驟62:在兩幅相鄰的所述消除畸變的圖像中，選取三個以上的公共特征點，由所述公共特征點計算出兩幅圖像的坐標轉換矩陣； 步驟63:以所述兩幅圖像中任一幅圖像的坐標系為基準，通過所述坐標轉換矩陣，將非基準圖像中的全部像素點轉換到基準圖像中； 步驟64:循環讀取相鄰的所述消除畸變的圖像，并對其進行所述步驟62和所述步驟63的操作，直至得到所述板件的整體平面灰度圖像； 步驟65:根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
5.根據權利要求4所述的測量方法，其特征在于，所述公共特征點包括:圖像公共區域中的圓心點以及直線段的端點。
6.根據權利要求1 所述的測量方法，其特征在于，所述步驟2還包括: 存儲所述板件的局部平面灰度圖像。
7.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，還包括如下步驟: 導入板件設計模型，與所述板件上圓孔的整體空間信息進行對比及圖表顯示。
8.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述多目相機為:兩兩成對的偶數目相機。
9.一種板件上圓孔參數的測量系統，其特征在于，包括: 第一獲取模塊，用于獲取多目相機的內、外參數； 圖像采集模塊，用于通過多目相機對板件進行圖像采集，獲得所述板件的局部平面灰度圖像； 第二獲取模塊，用于根據所述局部平面灰度圖像獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值； 尺寸測量模塊，用于根據所述局部平面灰度圖像中所述圓孔特征參數的像素值，以及所述多目相機的內、外參數，確定每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數； 數據拼接模塊，用于通過所述多目相機的內、外參數，對每對雙目相機坐標系下所述圓孔的局部空間參數進行轉換、拼接，確定所述板件上圓孔的整體空間信息。
10.根據權利要求9所述的測量系統，其特征在于，所述第二獲取模塊包括: 第一圖像處理單元，用于根據所述多目相機的內、外參數對所述局部平面灰度圖像進行矯正，得到矯正后的圖像； 獲取單元，用于獲取所述矯正后的圖像中的板件區域，并獲取所述板件區域的邊緣線.擬合獲取單元，用于根據所述邊緣線，對所述板件上的直線段、圓孔等特征進行擬合，進而獲取所述板件上的直線段端點和圓孔特征參數的像素值。
11.根據權利要求9所述的測量系統，其特征在于，還包括: 拼接顯示存儲模塊，用于對各個所述多目相機所獲取的所述局部平面灰度圖像進行拼接，獲取所述板件的整體平面灰度圖像，根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
12.根據權利要求11所述的測量系統，其特征在于，所述拼接顯示存儲模塊包括: 第二圖像處理單元，用于對每幅所述局部平面灰度圖像進行畸變矯正，得到消除畸變的圖像； 選取計算單元，用于在兩幅相鄰的所述消除畸變的圖像中，選取三個以上的公共特征點，由所述公共特征點計算出兩幅圖像的坐標轉換矩陣； 轉換單元，用于以所述兩幅圖像中任一幅圖像的坐標系為基準，通過所述坐標轉換矩陣，將非基準圖像中的全部像素點轉換到基準圖像中； 循環操作單元，用于循環讀取相鄰的所述消除畸變的圖像，然后由所述選取計算單元和所述轉化單元進行操作，直至得到所述板件的整體平面灰度圖像； 顯示存儲單元，用于根據所述圓孔的整體空間信息在所述整體平面灰度圖像上顯示所述圓孔并存儲。
13.根據權利要求12所述的測量系統，其特征在于，所述公共特征點包括:圖像公共區域中的圓心點以及直線段的端點。
14.根據權利要求9所述的測量系統，其特征在于，所述圖像采集模塊包括: 存儲單元，用于存儲所述板件的局部平面灰度圖像。
15.根據權利要求9所述的測量系統，其特征在于，還包括: 對比顯示模塊，用于提供三維模型數據導入接口，通過導入板件設計模型，與由所述數據拼接模塊得到的所述板件上圓孔的整體空間信息進行對比及圖表顯示。
16.根據權利要求9所述的測量系統， 其特征在于，所述多目相機為:兩兩成對的偶數目相機。
【文檔編號】G01B11/00GK103615980SQ201310684956
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】劉少麗, 劉檢華, 孫鵬, 張天, 金鵬 申請人:北京理工大學