CN106767532A - 一种固定式立体检测方法的专用设备 - Google Patents

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    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns

Abstract

本发明公开了一种固定式立体检测方法的专用设备，所述专用设备包括投影设备、图像采集设备以及工控机；投影设备、图像采集设备均放置在被测样件上方，投影设备向测量物投放投影图像，图像采集设备朝向测量物并采集反射的投影图像；所述工控机分别与投影设备、图像采集设备数据连接，共同组成检测系统。本发明通过采用普通的投影设备与图像采集设备的结合，利用投影设备可以灵活多变的投出多种图案，图像采集设备对应采集图片；该设备通过投影机内显示图像的变化，取代了高精度的移动平台，即降低了成本，同时又避免了移动平台配合的稳定性差的问题；很好的解决了对低纹理区域的检测。

Description

一种固定式立体检测方法的专用设备
技术领域
本发明涉及立体检测技术领域，尤其涉及一种固定式立体检测方法的专用设备。
背景技术
目前的立体检测设备主要包括：2D激光位移传感器、双目立体相机。
2D激光位移传感器采用基于2D激光扫描的方式：主要原理为使用一束线激光照射到被检测物体，上方用相机进行拍摄，得出直线的位置并应用三角算法，得出当前直线上各个空间位置。在做立体扫描时，需要配合精密的移动平台，在移动平台移动的过程中得出各个直线的空间位置，并进行汇总计算，得出立体数据。2D激光位移传感器缺点：必须结合高精度的移动平台配合使用，降低了稳定性同时造成成本高。
双目立体相机：该原理与人眼类似，通过两个并排的摄像头来拍摄前端的被测物体，利用视差的方法计算各个特征点的距离尺寸，结合采集的2D图像可以计算出空间点，并得到立体数据。其缺点是：精度低，一般无法满足工业要求，同时对测量表面要求较高，普通的无纹理表面无法进行匹配和计算。
发明内容
本发明主要为解决上述问题，提供一种成本低、稳定性高、可对应低纹理表面检测、高精度的固定式立体检测方法的专用设备。
为了达到上述目的，本发明提供了一种固定式立体检测方法的专用设备，所述专用设备包括投影设备、图像采集设备以及工控机；投影设备、图像采集设备均放置在被测样件上方，投影设备向被测样件投放投影图像，图像采集设备朝向被测样件并采集反射的投影图像；所述工控机分别与投影设备、图像采集设备数据连接，共同组成检测系统。
为了克服单一图像采集设备、投影设备存在图像未覆盖区域的技术问题，优选的，所述投影设备的数量为两个，或所述图像采集设备的数量为两个。
为了达到更好的检测效果，所述投影设备、图像采集设备距离被测样件的高度在0.02m-10m之间。
有益效果：本发明通过采用普通的投影设备与图像采集设备的结合，利用投影设备可以灵活多变的投出多种图案，图像采集设备对应采集图片并利用几何光学结合图像位置算法，计算出对应显示芯片上各个点的立体数据的方式，来得到实际被测物体的立体尺寸；与激光2D传感器相比，该设备通过投影机内显示图像的变化，取代了高精度的移动平台，即降低了成本，同时又避免了移动平台配合的稳定性差的问题；与双目立体视觉相比，该设备很好的解决了对低纹理区域的检测。
附图说明
图1为本发明实施例提供的固定式立体检测方法的专用设备结构图(单相机)。
图2为本发明实施例检测深度不连续区域时出现未检测的区域(单相机)。
图3为本发明实施例提供的固定式立体检测方法的专用设备结构图(双投影)。
图4为本发明实施例提供的固定式立体检测方法的专用设备结构图(双相机)。
图5为本发明实施例提供的固定式立体检测方法的专用设备投影到平板物体时的采集图像效果。
图6为本发明实施例提供的固定式立体检测方法的专用设备投影到具有凸起的平板物体时的采集图像效果。
图7为本发明实施例提供的固定式立体检测方法的专用设备投影到具有凹陷的平板物体时的采集图像效果。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
本发明实施例提供的固定式立体检测方法的专用设备，如图1所示，主要包括投影设备1、图像采集设备2、被测样件3、以及工控机4；两个设备均放置在被测样件上方，高度根据实际检测面积、精度可在0.02m-10m之间，投影设备向测量物投放投影图像，采集设备朝向测量物并采集反射的投影图像。本实施例的投影设备1为投影机、图像采集设备2为工业相机，工业相机放置在被测样件的中部区域上方，投影机与工业相机与被测样件上表面距离均为d，投影机在工业相机左侧，角度为a，投影机投出的影像在被测样件表面，工业相机正对被测物体，工控机与投影设备、图像采集设备相连共同组成检测系统。
检测时，首先由工控机控制投影设备投出标准的特征图像，该特征图像可以为单条或多条线段或直线，该情况下原理与激光2D传感器类似，使用投影机图像的切换取代了高精度移动平台，由于投影设备始终不变，因此获得更稳定的检测效果。
该特征也可以为灰度条纹，通过工控机控制工业相机采集对应的反射图像。
后端在工控机内对采集图像进行分析，利用亚像素算法计算出对应特征在显示芯片上的位置，并利用几何光学理论计算于投影光线的交点，该交点即为3D位置。
由于单侧投影易出现深度反向跨越时无法检测情况，如图2所示，在检测深度变化不连续区域时，不连续区域会造成投影图像无法覆盖，如AB区域。由于设备是根据变化的投影图像进行处理计算，这种情况下该区域不会有任何的图像变化，因此设备无法分析到图像未覆盖区域。这种情况下我们可以通过对应右侧增加投影机的方式实现全方位的检测并通过二次分析提高检测精度，如图3所示，在右侧对称位置增加投影设备，投影方向正对被测样件，左侧投影机投影不到的AB区域可通过右侧投影得到，而两侧投影都到达的区域可以同时计算进一步提高设备精度。
本发明通过采用普通的投影设备与工业相机结合，利用投影设备可以灵活多变的投出多种图案，工业相机对应采集图片并利用几何光学结合图像位置算法，计算出对应显示芯片上各个点的立体数据的方式，来得到实际被测物体的立体尺寸。
和激光2D传感器相比，该设备通过投影机内显示图像的变化，取代了高精度的移动平台，即降低了成本，同时又避免了移动平台配合的稳定性差的问题。
和双目立体视觉相比，该设备很好的解决了对低纹理区域的检测。
投影设备可以为普通的投影机，激光投影、或其他可以投射到被测物表面图像的设备。该图像不一定为可见，也可以为可见光外的红外或紫外图像。
工业相机为图像采集器，可以采集到前端图像的设备，同样也可能为红外或紫外图像。
本发明主要为保护这种通过投影设备对被测物进行具有一定特征的图像投影，采用工业相机或其他图像采集器采集这种投影图片，利用几何光学和三角算法来得出被测物的立体数据的检测设备。
以投影设备投出一条直线为例进行说明：
当投影到一张平板物体时，其采集图像效果如图5，采集到的图像中部为一条直线。
当投影到一块防止一个凸起的长方体平板时，其采集图像效果如图6，该直线会向左偏移
当投影到一块具有凹陷的长方体平板时，其采集图像效果如图7，凹陷部分图像向右偏移。
向左与向右的偏移量根据物体的凸起或凹陷的距离不同而变化，图像越向左表明凸起的高度越高，在计算时，假设投影中心为Pp(Xp，Yp)、相机中心为Pc(Xc，Yc)、相机芯片中心Pccd(Xccd，Yccd)，这3个点为系统确定的点，可直接得出。投影出线的角度为工控机控制输出，此次以角度为Ap为例。由于投影线过点Pp，并且与数值角度为Ap，可得投影线的公式为：
y＝1/tan(Ap)*x+Yp-1/tan(Ap)*Xp；
对图像进行分析，当该直线投影时，以平面的位置为零点，当被测物位置高于平面时，线向左偏移，被测物低于平面时，向右偏移。利用图像法可以得出当前图像上该直线投影的位置，由于图像是有成像芯片读出，可以直接得到投影直线在成像芯片上的位置d1，当检测较高物体时为d2，较低物体为d3。投影直线在成像芯片上的位置为(Xccd+d，Yccd)。由于投影直线必过相机中心Pc(Xc，Yc)，因此两点确定直线，可得相机端采集投影直线的方程为(以d1为例)：
(x-Xc)/(Xccd+d1-Xc)＝(y-Yc)/(Yccd-Yc)
两条直线交点坐标的Y值即为该点的高度值。
y＝(-Yc*(Xccd+d1-Xc)+(Xc-Xp+tan(Ap)*Yp)*(Yccd-Yc))/((Yccd-Yc)*tan(Ap)-(Xccd+d1-Xc))
通过图像的对比，同一位置在高度上不同时，d1、d2、d3的值不同，直接计算出的高度y值也不同，可据此得到该位置点的高度。
在该点计算完成后，顺序计算一条直线上的点，便完成一条显示线上的数据计算，可以继续投影出向两侧偏移的条纹，并计算其他的投影线数据，最终完成整个投影区域的计算。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种固定式立体检测方法的专用设备，其特征在于，所述专用设备包括投影设备(1)、图像采集设备(2)以及工控机(4)；投影设备(1)、图像采集设备(2)均放置在被测样件(3)上方，投影设备(1)向测量物投放投影图像，图像采集设备(2)朝向测量物并采集反射的投影图像；所述工控机(4)分别与投影设备(1)、图像采集设备(2)数据连接，共同组成检测系统。
2.根据权利要求1所述的一种固定式立体检测方法的专用设备，其特征在于，所述投影设备(1)的数量为两个。
3.根据权利要求1所述的一种固定式立体检测方法的专用设备，其特征在于，所述图像采集设备(2)的数量为两个。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种固定式立体检测方法的专用设备，其特征在于，所述投影设备(1)、图像采集设备(2)距离被测样件(3)的高度在0.02m-10m之间。
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