CN113983951A

CN113983951A - 三维目标的测量方法、装置、影像仪及存储介质

Info

Publication number: CN113983951A
Application number: CN202111064352.XA
Authority: CN
Inventors: 许应; 王大伟; 费蕾寰
Original assignee: Shenzhen Cztek Co ltd
Current assignee: Shenzhen Cztek Co ltd
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2041-09-10
Also published as: CN113983951B

Abstract

本发明适用于图像检测领域，提供了一种三维目标的测量方法，应用于影像仪，包括：基于与影像仪装置的标定面具有设定拍摄角度的摄像组件，对位于标定面的三维目标进行拍摄，得到三维目标的待测图像；对三维目标在待测图像中的目标区域进行识别，从识别得到的目标区域中获取多个关键位置信息；针对每个关键位置信息，得到对应于关键位置信息的高度信息，高度信息用于指示三维目标的真实高度；根据多个关键位置信息及其对应的高度信息，确定待测图像的校正位置信息；根据校正位置信息进行三维目标的测量，得到三维目标的尺寸测量结果。本发明提供的三维目标的测量三维目标方法，测量程序简单、测量效率高，对各种形状的工件适用范围广。

Description

三维目标的测量方法、装置、影像仪及存储介质

技术领域

本发明属于图像检测领域，涉及三维目标的测量方法、装置、影像仪及存储介质。

背景技术

现有技术中对工件的尺寸进行测量多应用二维影像仪。在工作中，二维影像仪仅能在待测物的测量面平行于影像仪的摄像组件的拍摄平面时才能对待测物的测量面进行准确测量。在实际操作中多数工件具有多个测量面，如果将测量面设置成平行拍摄平面的状态则需要对各个测量面单独测量，期间需要多次转换工件的角度，把测量面与拍摄平面对齐需要夹具，多个测量面需要多个夹具。使用二维影像仪对复杂工件进行测量测量次数多、转换角度多、夹具需求量多，对设备的要求高，测量程序复杂，测量效率低。

在现有技术中也有少数能进行三维目标测量的装置。例如，一种3D曲面玻璃用的五轴测量装置，其通过五轴运动的方式实现在三维物体不同测量平面上进行尺寸测量。这种测量方式对设备的要求较高，需要配置支持复杂运动的机台及自动化控制系统。又例如，一种提高圆柱体直径测量精度的2D设备及其测量方法，通过对不同高度、直径的针规的直径测量误差进行拟合，校正圆柱体直径测量误差，提高测量精度。但这种测量方法只适合于圆柱体的直径测量，无法推演到所有三维物体的尺寸测量上。

综上所述，亟需一种测量程序简单、测量效率高、适用性广，应用于三维检测的测量方法及应用该测量方法的装置。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种三维目标测量的方法、装置、影像仪及存储介质，旨在解决测量程序复杂、测量效率低、适用范围窄的问题。

在一个实施例中，三维目标的测量方法，应用于影像仪，包括：

基于与所述影像仪装置的标定面具有设定拍摄角度的摄像组件，对位于所述标定面的三维目标进行拍摄，得到所述三维目标的待测图像；

对所述三维目标在所述待测图像中的目标区域进行识别，从识别得到的目标区域中获取多个关键位置信息；

针对每个所述关键位置信息，得到对应于所述关键位置信息的高度信息，所述高度信息用于指示所述三维目标的真实高度；

根据多个所述关键位置信息及其对应的所述高度信息，确定所述待测图像的校正位置信息；

根据所述校正位置信息进行所述三维目标的测量，得到所述三维目标的尺寸测量结果。

进一步地，所述针对每个所述关键位置信息，得到对应于所述关键位置信息的高度信息，包括：

针对每个所述关键位置信息，对所述三维目标在真实空间中的测量面进行定位，确定对应于所述关键位置信息的待测位置；

对所述待测位置的真实高度进行测量，得到对应于所述关键位置信息的高度信息。

进一步地，所述根据多个所述关键位置信息及其对应的所述高度信息，确定所述待测图像的校正位置信息，包括：

根据多个所述关键位置信息及其对应的所述高度信息，计算所述标定面与所述三维目标在真实空间中测量面之间的夹角；

通过所述夹角，计算得到用于校正所述待测图像由所述测量面映射至所述标定面的旋转参数和平移参数；

针对所述待测图像中每个图像位置信息，根据所述旋转参数和所述平移参数，计算得到对应于所述图像位置信息的校正位置信息；

由所述待测图像中各所述图像位置信息对应的校正位置信息，得到所述待测图像的校正位置信息。

进一步地，所述根据所述校正位置信息进行所述三维目标的测量，得到所述三维目标的尺寸测量结果，包括：

根据所述校正位置信息对所述待测图像进行校正，得到校正图像；

在所述校正图像中对所述三维目标的测量项进行测量，得到所述尺寸测量结果。

进一步地，所述根据所述校正位置信息对所述待测图像进行校正，得到校正图像，包括：

根据所述校正位置信息，对所述待测图像进行三维目标在真实空间中的测量面与所述标定面之间的投影变换，得到所述校正图像。

在所述待测图像中对所述三维目标的测量项进行测量，得到待校正测量结果；

根据所述校正位置信息对所述待校正测量结果进行校正，得到所述尺寸测量结果。

进一步地，所述根据所述校正位置信息对所述测量项进行校正，得到校正测量项，包括：

根据所述校正位置信息，对所述测量项进行所述三维目标在真实空间中的测量面与所述标定面之间的投影变换，得到所述校正测量项。

在一个实施例中，一种三维目标的测量装置，应用于影像仪装置，包括：

图像获取模块，用于基于与所述影像仪装置的标定面具有设定拍摄角度的摄像组件，对位于所述标定面的三维目标进行拍摄，得到所述三维目标的待测图像；

位置获取模块，用于对所述三维目标在所述待测图像中的目标区域进行识别，从识别得到的目标区域中获取多个关键位置信息；

高度获取模块，用于针对每个所述关键位置信息，得到对应于所述关键位置信息的高度信息，所述高度信息用于指示所述三维目标的真实高度；

校正信息获取模块，用于根据多个所述关键位置信息及其对应的所述高度信息，确定所述待测图像的校正位置信息；

测量模块，用于根据所述校正位置信息进行所述三维目标的测量，得到所述三维目标的尺寸测量结果。

在一个实施例中，一种影像仪包括：

处理器；及

存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现如上所述的三维目标的测量方法。

在一个实施例中，一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的三维目标的测量方法。

本发明提供的三维目标测量方法、装置、影像仪及存储介质，可以一次性获取拍摄面中各个测量面的尺寸信息，测量程序简单、测量效率高，对各种形状的工件适用性强。

附图说明

图1是本发明实施例提供的影像仪结构图；

图2是本发明实施例提供的三维目标的测量方法流程图；

图3是本发明实施例提供的标定原理示意图；

图4是本发明实施例提供的高度传感器工作示意图；

图5是本发明实施例提供的一种校正原理示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种校正原理示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种校正原理示意图；

图8是本发明实施例提供的三维目标测量装置模块图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的影像仪结构图。

影像仪100包括：

影像仪100还包括载物台11、支架13、摄像组件15及高度传感器17。载物台11可以水平移动，载物台11上用于承载三维目标，支架用于固定摄像组件15和高度传感器17，摄像组件15对承载于载物台11的三维目标进行拍摄，高度传感器17对三维目标在真实空间的高度(真实高度)进行测量。摄像组件15和高度传感器17的相对位置固定。

本发明所提供的影像仪，用于解决现有技术中测量三维目标测量程序复杂、测量效率低，对多种形状的工件适用性差的问题。

请参阅图2，图2是本发明实施例提供的三维目标的测量方法流程图。在一个实施例中，三维目标的测量方法200，应用于影像仪，例如，影像仪的结构如图1所示。

上述测量方法200可以包括以下步骤：

步骤210，基于与影像仪的标定面具有设定拍摄角度的摄像组件，对位于标定面的三维目标进行拍摄，得到三维目标的待测图像；

其中，标定面，指的是载物台用于承载三维目标的水平面。图3为标定原理示意图，现结合图3对本实施例提供的标定原理涉及的相关名词进行如下解释：

如图3所示，三维目标为三棱柱，假设三棱柱的斜面为测量面，载物台用于承载三棱柱的水平面为标定面。

摄像组件基于与影像仪的标定面所具有的设定拍摄角度(图3中为90°)对三棱柱的测量面进行拍摄，获得待测图像。可以理解，待测图像中的三棱柱的“测量面”与标定面平行，并不是真实空间中三棱柱的测量面，换句话说，标定面与测量面之间存在一夹角。

进一步地，测量面上的任意位置，视为待测位置，对应地，待测图像中三棱柱“测量面”(也认为是标定面)上对应的任意位置，视为图像位置。值得一提的是，在待测图像中，图像位置与待测图像中的像素点有关，也可以理解为，图像位置是通过像素点在待测图像中的坐标位置唯一地表示，定义为图像位置信息。

进一步地，高度传感器，是对待测位置在真实空间的高度(真实高度)进行测量，以此测量三维目标测量面上任意位置在真实空间的高度，并非测量标定面上任意位置的高度。

步骤220，对三维目标在待测图像中的目标区域进行识别，从识别得到的目标区域中获取多个关键位置信息；

其中，目标区域，指的是待测图像中三维目标所在图像区域，那么，在该三维目标所在图像区域中的图像位置可视为关键位置，则关键位置信息用于唯一地表示关键位置在待测图像中的坐标位置。

在一个实施例中，对三维目标在待测图像中的目标区域进行识别，可以通过图像分割实现。可选地，图像分割包括但不限于：普通分割、语义分割、实例分割等等，其中，普通分割进一步包括：阈值分割、区域分割、边缘分割、直方图分割等等，此处并未加以限定。

步骤230，针对每个关键位置信息，得到对应于关键位置信息的高度信息，高度信息用于指示三维目标的真实高度；

具体地，在一个实施例中，步骤230可以包括以下步骤：

针对每个关键位置信息，对三维目标在真实空间中的测量面进行定位，确定对应于关键位置信息的待测位置；

对待测位置的真实高度进行测量，得到对应于关键位置信息的高度信息。

在待测图像上获取关键位置信息后，对应在测量面上取得关键位置信息的高度信息，以便于对待测图像进行校正。

回请参阅图3，在图3中，假设待测位置对应的图像位置为一关键位置，则表示该关键位置在待测图像中的坐标位置的图像位置信息视为关键位置信息，那么，该关键位置信息对应的高度信息，用于指示测量面上待测位置在真实空间的高度，即待测位置的真实高度。

进一步地，图4是本发明实施例提供的高度传感器工作示意图。在本发明的实施例中测量面是圆柱体的顶面，在图4中，该顶面中的四个黑点视为待测位置，对应地，高度传感器测量的实际是待测位置在真实空间的高度，即高度传感器到待测位置的垂直距离。

步骤240，根据多个关键位置信息及其对应的高度信息，确定待测图像的校正位置信息；

步骤250，根据校正位置信息进行三维目标的测量，得到三维目标的测量尺寸结果。

通过上述过程，可以一次性获取三维目标各个测量面的尺寸信息，能够有效地解决现有技术中测量三维目标测量程序复杂、测量效率低，对多种形状的工件适用性差的问题。

在一个实施例中，根据多个关键位置信息及其对应的高度信息，确定待测图像的校正位置信息，即步骤240可以包括以下步骤：

根据多个关键位置信息及其对应的高度信息，计算标定面与三维目标在真实空间中测量面之间的夹角；

通过夹角，计算得到用于校正待测图像由测量面映射至标定面的旋转参数和平移参数；

如前所述，标定面和测量面之间存在一夹角，那么，回请参阅图3和图4，根据四个关键位置的关键位置信息及其对应的高度信息，便可以计算出四个关键位置所在标定面与测量面之间的夹角，进而得到标定面上的关键位置与测量面上的待测位置之间的投影变换关系，即得到旋转参数和平移参数。

在获得旋转参数和平移参数之后，便可以根据公式P_c＝R*P_w+T，得到待测图像的校正位置信息。其中，P_w＝(x_w，y_w，z_w)为待测图像上任意图像位置P的图像位置信息，P_c＝(x_c，y_c，z_c)为待测图像的校正位置信息，R为旋转参数，T是平移参数。

在上述实施例的作用下，基于测量面相关的高度信息，实现了测量面与标定面之间的投影变换，从而有利于后续实现测量面相对于标定面的校正。

在获得待测图像的校正位置信息之后，通过以下方法可获得三维目标的尺寸测量结果。

第一种，先对待测图像进行校正，然后在校正图像上直接测量测量项，如图5所示。

具体地，在一个实施例中，根据所述校正位置信息进行三维目标的测量，得到三维目标的尺寸测量结果，包括：

根据校正位置信息对待测图像进行校正，得到校正图像；

在校正图像中对三维目标的测量项进行测量，得到尺寸测量结果。

对应地，根据校正位置信息对待测图像进行校正，得到校正图像，包括：

根据校正位置信息，对待测图像进行三维目标在真实空间中的测量面与标定面之间的投影变化，得到校正图像。

第二种，先对待测图像进行测量，然后对校正测量项进行校正，如图6所示。

具体地，在一个实施例中，根据校正位置信息进行三维目标的测量，得到三维目标的尺寸测量结果，包括：

在待测图像中确定三维目标的测量项；

根据校正位置信息对测量项进行校正，得到校正测量项；

对校正测量项进行测量，得到尺寸测量结果。

其中，关于测量项的确定，举例来说，如图7所示，测量面为三维模型的斜面，测量项为该斜面的宽度，确定方法为：确定测量面与邻接面的相交线，通过相交线之间的距离确定测量项。

对应地，根据校正位置信息对测量项进行校正，得到校正测量项，包括：

根据校正位置信息，对测量项进行三维目标在真实空间中的测量面与标定面之间的投影变化，得到校正测量项。

进一步地，在一个实施例中，关于三维目标的测量，可以包括以下步骤：

确定像素与尺寸之间的比例换算关系；

根据该比例换算关系，对校正图像中三维目标的测量项进行像素与尺寸之间的比例换算，或者，对校正测量项进行像素与尺寸之间的比例换算，得到尺寸测量结果。

通过上述实施例的配合，实现了基于测量面和标定面之间投影变换的校正，不仅降低了对设备的要求，有利于简化测量程序，提升测量效率，而且适用于任何形状尺寸的三维目标，大大地扩展了影像仪的适用性。

本发明实施例的目的在于提供一种应用于影像仪的三维目标的测量装置。在一实施例中，请参阅图8，图8是本发明提供的三维目标的测量装置的模块图。

三维目标的测量装置300包括：

图像获取模块301，用于基于与所述影像仪装置的标定面具有设定拍摄角度的摄像组件，对位于所述标定面的三维目标进行拍摄，得到所述三维目标的待测图像；

位置获取模块302，用于对所述三维目标在所述待测图像中的目标区域进行识别，从识别得到的目标区域中获取多个关键位置信息；

高度获取模块303，用于针对每个所述关键位置信息，得到对应于所述关键位置信息的高度信息，所述高度信息用于指示所述三维目标的真实高度；

校正信息获取模块304，用于根据多个所述关键位置信息及其对应的所述高度信息，确定所述待测图像的校正位置信息；

测量模块305，用于根据所述校正位置信息进行所述三维目标的测量，得到所述三维目标的尺寸测量结果。

本发明实施例的另一目的在于提供一种影像仪。

影像仪包括：

处理器；及

存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现如上任一项所述的三维目标的测量方法。

本发明实施例的另一目的在于提供一种存储有计算机程序的存储介质。

所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的三维目标的测量方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三维目标的测量方法，应用于影像仪，包括：

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述针对每个所述关键位置信息，得到对应于所述关键位置信息的高度信息，包括：

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述根据多个所述关键位置信息及其对应的所述高度信息，确定所述待测图像的校正位置信息，包括：

通过所述夹角，计算得到用于校正所述待测图像由所述标定面映射至所述测量面的旋转参数和平移参数；

4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述校正位置信息进行所述三维目标的测量，得到所述三维目标的尺寸测量结果，包括：

5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述校正位置信息对所述待测图像进行校正，得到校正图像，包括：

6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述校正位置信息进行所述三维目标的测量，得到所述三维目标的尺寸测量结果，包括：

在所述待测图像中确定所述三维目标的测量项；

根据所述校正位置信息对所述测量项进行校正，得到校正测量项；

对所述校正测量项进行测量，得到所述尺寸测量结果。

7.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述校正位置信息对所述测量项进行校正，得到校正测量项，包括：

8.一种三维目标的测量装置，应用于影像仪，包括：

9.一种影像仪，其特征在于，包括：

处理器；及

存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的三维目标的测量方法。

10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的三维目标的测量方法。