CN111238402A - 一种基于结构光三维成像的外壳检测方法 - Google Patents

一种基于结构光三维成像的外壳检测方法 Download PDF

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吴涵标
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Abstract

本发明公开了一种基于结构光三维成像的外壳检测方法，包括构建结构光测量系统，包括发射源和CMOS传感器的位置布置，将外壳置于发射源的下方，发射源始终处在外壳整体平面的法线上，本基于结构光三维成像的外壳检测方法，原理简单，易于实现，通过结构光的三维成像法对产品的外壳三维还原，从而得到产品的三维数据图像，从而进行产品的比对分析，响应时间短，检测效率高，基于图像分割和识别技术，利用莫尔条纹的疏密变化和角度变化得到外壳多个检测位置的三维坐标，增多检测位置，整合产品图像得到图像的三维数据，检测方法简单，多次变焦配合图像分割技术提高数据检测的精度，提高了外壳检测的效率。

Description

一种基于结构光三维成像的外壳检测方法
技术领域
本发明涉及形状检测领域，具体为一种基于结构光三维成像的外壳检测方法。
背景技术
随着工业的不断发展，在很多机械制造领域都需要高精度的配件加工，特别是在快速发展的今天，外壳尺寸检测对于生产制造有重要地位，现有的外壳尺寸检测的技术中，常用利用二维影像测量仪对手机外壳进行二维平面尺寸测量，结合激光扫描实现高度测量，检测速度慢，结构光是一组由投影仪和摄像头组成的系统结构，用投影仪投射特定的光信息到物体表面后及背景后，由摄像头采集，根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间，但现有的检测方法复杂，影响产品的检测效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种基于结构光三维成像的外壳检测方法，原理简单，易于实现，提高了检测和响应的速度，成本低，检测和复原效果好，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于结构光三维成像的外壳检测方法，包括如下步骤：
1)构构建结构光测量系统：包括发射源和CMOS传感器的位置布置，将外壳置于发射源的下方，发射源始终处在外壳整体平面的法线上，发射源、CMOS传感器和外壳三者空间分布，CMOS传感器检测整个外壳的立体图像，发射源沿x轴水平向右进行水平移动；
2)数据检测：发射源将莫尔条纹图像投射到外壳的表面，CMOS传感器接收反射的莫尔条纹图像，CMOS传感器在单一检测面具有一个固定的三维坐标位置W1，发射源向右移动的过程中，发射源坐标W2的X轴位置发生变化，始终得到莫尔条纹检测位置的水平面坐标；
图像始终沿外壳整体的法线投射，外壳发生曲面变化时，CMOS传感器接收到的莫尔条纹图像在间距d和方向上发生改变，莫尔条纹的疏密发生变化时，即外壳检测位置在Z轴位置发生变化；
通过计算发射源到外壳表面对应点的位置计算Z轴的位置变化，发射源发射图像到CMOS传感器接收到反射图像具有响应时间，根据发射速度(即光速)得到反射线和反射线的长度，通过三角形定律计算出对应位置在Z轴的高度变化，结合水平面坐标，从而得到莫尔条纹图像检测位置的三维坐标W3；
检测过程中不断调整发射源输出图像的焦距，使得外壳表面莫尔条纹的比例产生周期性变化；
3)图像识别：CMOS传感器通过图像分割法识别莫尔条纹，计算莫尔条纹的间隙d,得到间隙d的变化函数，并得到计算莫尔条纹的折线角度，焦距变化时，莫尔条纹的对应间距d等比例变化，通过多次调节和分割得到精确检测位置的三维坐标点W3；
4)数据处理：CMOS传感器得到的外壳图像与检测位置的三维坐标点W3整合得到外壳的三维数据图像。
作为本发明的一种优选技术方案，发射源可为投影仪，图像以固定频率投射至外壳的表面，图像以固定的角速度进行旋转。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本基于结构光三维成像的外壳检测方法，原理简单，易于实现，通过结构光的三维成像法对产品的外壳三维还原，从而得到产品的三维数据图像，从而进行产品的比对分析，响应时间短，检测效率高，基于图像分割和识别技术，利用莫尔条纹的疏密变化和角度变化得到外壳多个检测位置的三维坐标，增多检测位置，整合产品图像得到图像的三维数据，检测方法简单，多次变焦配合图像分割技术提高数据检测的精度，提高了外壳检测的效率。
附图说明
图1为本发明的位置关系图；
图2为本发明的定位原理图；
图3为本发明的莫尔条纹直线图；
图4为本发明的莫尔条纹折线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，一种基于结构光三维成像的外壳检测方法，包括如下步骤：
1)构建结构光测量系统：包括发射源和CMOS传感器的位置布置，将外壳置于发射源的下方，发射源始终处在外壳整体平面的法线上，发射源、CMOS传感器和外壳三者空间分布，CMOS传感器检测整个外壳的立体图像，发射源沿x轴水平向右进行水平移动，发射源可为投影仪，图像以固定频率投射至外壳的表面，图像以固定的角速度进行旋转；
2)数据检测：发射源将莫尔条纹图像投射到外壳的表面，CMOS传感器接收反射的莫尔条纹图像，CMOS传感器在单一检测面具有一个固定的三维坐标位置W1，发射源向右移动的过程中，发射源坐标W2的X轴位置发生变化，始终得到莫尔条纹检测位置的水平面坐标；
图像始终沿外壳整体的法线投射，外壳发生曲面变化时，CMOS传感器接收到的莫尔条纹图像在间距d和方向上发生改变，莫尔条纹的疏密发生变化时，即外壳检测位置在Z轴位置发生变化；
通过计算发射源到外壳表面对应点的位置计算Z轴的位置变化，发射源发射图像到CMOS传感器接收到反射图像具有响应时间，根据发射速度(即光速)得到反射线和反射线的长度，通过三角形定律计算出对应位置在Z轴的高度变化，结合水平面坐标，从而得到莫尔条纹图像检测位置的三维坐标W3；
检测过程中不断调整发射源输出图像的焦距，使得外壳表面莫尔条纹的比例产生周期性变化；
3)图像识别：CMOS传感器通过图像分割法识别莫尔条纹，计算莫尔条纹的间隙d,得到间隙d的变化函数，并得到计算莫尔条纹的折线角度，焦距变化时，莫尔条纹的对应间距d等比例变化，通过多次调节和分割得到精确检测位置的三维坐标点W3；
4)数据处理：CMOS传感器得到的外壳图像与检测位置的三维坐标点W3整合得到外壳的三维数据图像。
本发明原理简单，易于实现，提高了检测和响应的速度，成本低，检测和复原效果好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种基于结构光三维成像的外壳检测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1)构建结构光测量系统：包括发射源和CMOS传感器的位置布置，将外壳置于发射源的下方，发射源始终处在外壳整体平面的法线上，发射源、CMOS传感器和外壳三者空间分布，CMOS传感器检测整个外壳的立体图像，发射源沿x轴水平向右进行水平移动；
2)数据检测：发射源将莫尔条纹图像投射到外壳的表面，CMOS传感器接收反射的莫尔条纹图像，CMOS传感器在单一检测面具有一个固定的三维坐标位置W1，发射源向右移动的过程中，发射源坐标W2的X轴位置发生变化，始终得到莫尔条纹检测位置的水平面坐标；
图像始终沿外壳整体的法线投射，外壳发生曲面变化时，CMOS传感器接收到的莫尔条纹图像在间距d和方向上发生改变，莫尔条纹的疏密发生变化时，即外壳检测位置在Z轴位置发生变化；
通过计算发射源到外壳表面对应点的位置计算Z轴的位置变化，发射源发射图像到CMOS传感器接收到反射图像具有响应时间，根据发射速度(即光速)得到反射线和反射线的长度，通过三角形定律计算出对应位置在Z轴的高度变化，结合水平面坐标，从而得到莫尔条纹图像检测位置的三维坐标W3；
检测过程中不断调整发射源输出图像的焦距，使得外壳表面莫尔条纹的比例产生周期性变化；
3)图像识别：CMOS传感器通过图像分割法识别莫尔条纹，计算莫尔条纹的间隙d,得到间隙d的变化函数，并得到计算莫尔条纹的折线角度，焦距变化时，莫尔条纹的对应间距d等比例变化，通过多次调节和分割得到精确检测位置的三维坐标点W3；
4)数据处理：CMOS传感器得到的外壳图像与检测位置的三维坐标点W3整合得到外壳的三维数据图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于结构光三维成像的外壳检测方法，其特征在于：发射源可为投影仪，图像以固定频率投射至外壳的表面，图像以固定的角速度进行旋转。
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