CN109506629A - 一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，其特征在于，包括以下步骤：将水下核燃料组件检测装置中的线激光竖直投射到立体标定板靠近边缘的位置，并用水下核燃料组件检测装置中的相机进行图像采集；根据采集到的图像计算激光平面方程；根据激光平面方程两两计算交线，得到三条交线；根据三条交线计算出旋转中心的轴线方程。本发明标定出的旋转中心是后续装置的坐标转换的基础，使用旋转的方法，方便对于一些特殊环境下(不适合移动被测物体)的检测。

Description

一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法
技术领域
本发明涉及一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，属于视觉测量领域。
背景技术
机器视觉作为一门高新技术，它是以现代光学为基础，融光电子学、计算机图像处理、图形学、信号处理等科学技术为一体的现代测量技术，根据测量光源可分为主动视觉和被动视觉测量。主动视觉测量具有在线非接触测量、特征识别明显、测量精度高等特点，适合特殊恶劣环境下物体检测。
传统激光平面标定方法标定出的激光平面方程的原点是以空间中一点为参考点，在实际测量时，需要保持相机和激光器的位置不动，通过移动被测物体来完成扫描。水下核燃料组件检测装置通过带动相机和激光器旋转完成扫描，所以传统的标定并不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于标定水下核燃料组件检测装置的旋转中心的方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将水下核燃料组件检测装置中的线激光竖直投射到立体标定板靠近边缘的位置，并用水下核燃料组件检测装置中的相机进行图像采集，其中：立体标定板采用两块立体棋盘格标定板，两块立体棋盘格标定板的棋盘格平面平行且相距一定距离，且立体棋盘格标定板上的棋盘格角点之间的相对空间坐标已知，选取棋盘格上任意一角点为原点，将水平方向定义为X轴，将竖直方向定义为Y轴，将垂直于两块立体棋盘格标定板的棋盘格平面的方向定义为Z轴；
步骤2、使水下核燃料组件检测装置旋转一定角度后重复步骤1的动作，旋转中心轴线与Y轴平行；
步骤3、重复步骤1及步骤2，则共采集到四幅图像；
步骤4、根据采集到的图像计算激光平面方程，包括以下步骤：
步骤401、在两块立体标定板上分别采用梯度重心法求取激光条纹的亚像素坐标，对亚像素坐标进行直线拟合，在两块立体标定板上获得两条激光条纹直线；
步骤402、检测立体标定板上的角点在像平面中的二维坐标，并对每一行的角点进行直线拟合，得到棋盘格直线；
步骤403、分别计算激光条纹直线与棋盘格直线的交点，根据已知棋盘格角点对应的空间坐标，进行插值计算，得到直线交点的空间坐标；
步骤404、根据直线交点的空间坐标拟合激光平面方程；
步骤5、根据激光平面方程两两计算交线，得到三条交线；
步骤6、根据三条交线计算出旋转中心的轴线方程。
优选地，步骤401中，所述亚像素坐标的计算方法为：
步骤4011、根据激光条纹的粗细以及中心坐标(i,c)，确定纵坐标方向上的待处理范围2r，在待处理范围2r内计算出各点之间的梯度：G(i,j)＝|V(i,j+1)-V(i,j)|，式中，G(i,j)表示像素点(i,j)的梯度，V(i,j)表示像素点(i,j)的灰度值；
步骤4012、由线性插值得出梯度的对应位置：
式中，P(i,j)表示梯度G(i,j)的对应位置；
步骤4013、计算得到激光条纹的重心Ci：
步骤4014、得到激光条纹的的亚像素坐标(Ci,c)。
优选地，步骤1中，进行图像采集时，需要调整相机曝光，使得采集到的图像中线激光条纹中心呈现近似于高斯分布。
优选地，步骤2中，角度的选取需要保证旋转3次后，线激光仍然能够投射到立体标定板上且尽量靠近另一侧边缘，同时保证两个棋盘格平面始终处于像平面内。
优选地，步骤6中，轴线方程的计算方法包括以下步骤：
步骤601、随机选取一个y值分别代入三条交线的方程中求得三个坐标点(x1,z1)、(x2,z2)、(x3,z3)，根据这三点坐标求出圆心坐标(x0,z0，y)；
步骤602、选取至少3个不同的y值，重复步骤601，得到至少三组圆心坐标；
步骤603、对获得的至少四组圆心坐标进行最小二乘拟合，得到轴线方程。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，标定出的旋转中心是后续装置的坐标转换的基础，使用旋转的方法，方便对于一些特殊环境下(不适合移动被测物体)的检测。
附图说明
图1是旋转中心标定模型；
图2是检测使用的旋转扫描装置；
图3是线激光中心的灰度分布图；
图4是角点拟合直线的结果；
图5是为调节曝光前线激光投射在标定板上的位置；
图6是求解出的图像交点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
步骤1、将水下核燃料组件检测装置中的线激光竖直投射到立体标定板靠近边缘的位置，并用水下核燃料组件检测装置中的相机进行图像采集，其中：
立体标定板采用两块立体棋盘格标定板，两块立体棋盘格标定板的棋盘格平面平行且相距一定距离，且立体棋盘格标定板上的棋盘格角点之间的相对空间坐标已知，选取棋盘格上任意一角点为原点，将水平方向定义为X轴，将竖直方向定义为Y轴，将垂直于两块立体棋盘格标定板的棋盘格平面的方向定义为Z轴。
采集图像时需要调整相机曝光，使得采集到的图像中线激光条纹中心呈现近似于高斯分布，如图3所示。
步骤2、使水下核燃料组件检测装置旋转一定角度后重复步骤1的动作，旋转中心轴线与Y轴平行。角度的选取需要保证旋转3次后，线激光仍然能够投射到立体标定板上且尽量靠近另一侧边缘，同时保证两个棋盘格平面始终处于像平面内。
步骤3、重复步骤1及步骤2，则共采集到四幅图像。
步骤4、根据采集到的图像计算激光平面方程，包括以下步骤：
步骤401、在两块立体标定板上分别采用梯度重心法求取激光条纹的亚像素坐标，采用最小二乘对亚像素坐标进行直线拟合，在两块立体标定板上获得两条激光条纹直线，亚像素坐标的计算方法为：
步骤4011、根据激光条纹的粗细以及中心坐标(i,c)，确定纵坐标方向上的待处理范围2r，在待处理范围2r内计算出各点之间的梯度：G(i,j)＝|V(i,j+1)-V(i,j)|，式中，G(i,j)表示像素点(i,j)的梯度，V(i,j)表示像素点(i,j)的灰度值；
步骤4012、由线性插值得出梯度的对应位置：
式中，P(i,j)表示梯度G(i,j)的对应位置；
步骤4013、计算得到激光条纹的重心Ci：
步骤4014、得到激光条纹的的亚像素坐标(Ci,c)。
步骤402、检测立体标定板上的角点在像平面中的二维坐标，并对每一行的角点进行直线拟合，得到棋盘格直线，如图4所示；
步骤403、分别计算激光条纹直线与棋盘格直线的交点，如图6所示，根据已知棋盘格角点对应的空间坐标，进行插值计算，得到直线交点的空间坐标；
步骤404、根据直线交点的空间坐标采用最小二乘的方式拟合激光平面方程；
步骤5、根据激光平面方程两两计算交线，得到三条交线，三条交线的方程为：
步骤6、根据三条交线计算出旋转中心的轴线方程，轴线方程的计算方法包括以下步骤：
步骤601、随机选取一个y值分别代入三条交线的方程中求得三个坐标点(x1，z1)、(x2，z2)、(x3，z3)，根据这三点坐标求出圆心坐标(x0,z0,y)；
步骤602、选取至少3个不同的y值，重复步骤601，得到至少三组圆心坐标；
步骤603、对获得的至少四组圆心坐标进行最小二乘拟合，得到轴线方程。

Claims (5)

1.一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将水下核燃料组件检测装置中的线激光竖直投射到立体标定板靠近边缘的位置，并用水下核燃料组件检测装置中的相机进行图像采集，其中：立体标定板采用两块立体棋盘格标定板，两块立体棋盘格标定板的棋盘格平面平行且相距一定距离，且立体棋盘格标定板上的棋盘格角点之间的相对空间坐标已知，选取棋盘格上任意一角点为原点，将水平方向定义为X轴，将竖直方向定义为Y轴，将垂直于两块立体棋盘格标定板的棋盘格平面的方向定义为Z轴；
步骤2、使水下核燃料组件检测装置旋转一定角度后重复步骤1的动作，旋转中心轴线与Y轴平行；
步骤3、重复步骤1及步骤2，则共采集到四幅图像；
步骤4、根据采集到的图像计算激光平面方程，包括以下步骤：
步骤401、在两块立体标定板上分别采用梯度重心法求取激光条纹的亚像素坐标，对亚像素坐标进行直线拟合，在两块立体标定板上获得两条激光条纹直线；
步骤402、检测立体标定板上的角点在像平面中的二维坐标，并对每一行的角点进行直线拟合，得到棋盘格直线；
步骤403、分别计算激光条纹直线与棋盘格直线的交点，根据已知棋盘格角点对应的空间坐标，进行插值计算，得到直线交点的空间坐标；
步骤404、根据直线交点的空间坐标拟合激光平面方程；
步骤5、根据激光平面方程两两计算交线，得到三条交线；
步骤6、根据三条交线计算出旋转中心的轴线方程。
2.如权利要求1所述的一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，其特征在于，步骤401中，所述亚像素坐标的计算方法为：
步骤4011、根据激光条纹的粗细以及中心坐标(i,c)，确定纵坐标方向上的待处理范围2r，在待处理范围2r内计算出各点之间的梯度：G(i,j)＝|V(i,j+1)-V(i,j)|，式中，G(i,j)表示像素点(i,j)的梯度，V(i,j)表示像素点(i,j)的灰度值；
步骤4012、由线性插值得出梯度的对应位置：
式中，P(i,j)表示梯度G(i,j)的对应位置；
步骤4013、计算得到激光条纹的重心Ci：
步骤4014、得到激光条纹的的亚像素坐标(Ci,c)。
3.如权利要求1所述的一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，其特征在于，步骤1中，进行图像采集时，需要调整相机曝光，使得采集到的图像中线激光条纹中心呈现近似于高斯分布。
4.如权利要求1所述的一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，其特征在于，步骤2中，角度的选取需要保证旋转3次后，线激光仍然能够投射到立体标定板上且尽量靠近另一侧边缘，同时保证两个棋盘格平面始终处于像平面内。
5.如权利要求1所述的一种水下核燃料组件检测装置旋转中心标定的方法，其特征在于，步骤6中，轴线方程的计算方法包括以下步骤：
步骤601、随机选取一个y值分别代入三条交线的方程中求得三个坐标点(x1，z1)、(x2,z2)、(x3,z3)，根据这三点坐标求出圆心坐标(x0，z0,y)；
步骤602、选取至少3个不同的y值，重复步骤601，得到至少三组圆心坐标；
步骤603、对获得的至少四组圆心坐标进行最小二乘拟合，得到轴线方程。
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