RU2419069C2 - Method for noncontact measurement of shape of object - Google Patents
Method for noncontact measurement of shape of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419069C2 RU2419069C2 RU2009125957/28A RU2009125957A RU2419069C2 RU 2419069 C2 RU2419069 C2 RU 2419069C2 RU 2009125957/28 A RU2009125957/28 A RU 2009125957/28A RU 2009125957 A RU2009125957 A RU 2009125957A RU 2419069 C2 RU2419069 C2 RU 2419069C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- images
- shape
- coordinates
- fixing device
- image
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пассивной фотометрии, и может быть использовано для бесконтактного измерения геометрии трехмерных объектов.The invention relates to the field of measuring equipment, in particular to passive photometry, and can be used for non-contact measurement of the geometry of three-dimensional objects.
Известен способ определения координат точек и ориентации участков поверхности тела сложной формы [патент RU №2162591, МКИ G01B 11/24, G01B 11/16, опубл. 27.01.2001], включающий размещение плоских меток на контролируемых участках поверхности тела сложной формы и получение изображения меток. В качестве меток используют элементы одинаковой формы и размеров. Восприятие изображения поверхности тела сложной формы осуществляют оптическим фиксирующим прибором, например видеокамерой. Сравнивая изображения метки и эталонной метки, расположенной таким образом, что координаты всех точек метки известны, судят о координатах точек поверхности тела сложной формы, а также об ориентации участка поверхности, на котором расположена метка, учитывая угол его наклона. Технический результат: повышение эффективности определения координат точек и ориентации участков поверхности тела сложной формы путем упрощения анализа результатов измерений воспринимаемого изображения этой поверхности.A known method of determining the coordinates of the points and the orientation of the surface sections of the body of complex shape [patent RU No. 2162591, MKI G01B 11/24, G01B 11/16, publ. 01/27/2001], including the placement of flat marks on controlled areas of the body surface of complex shape and image acquisition of marks. As labels use elements of the same shape and size. The perception of the image of the body surface of complex shape is carried out by an optical fixing device, for example, a video camera. Comparing the image of the mark and the reference mark, located in such a way that the coordinates of all the mark points are known, they judge the coordinates of the points on the surface of the body of complex shape, as well as the orientation of the surface area on which the mark is located, given the angle of inclination. Effect: increasing the efficiency of determining the coordinates of points and orientation of parts of the body surface of complex shape by simplifying the analysis of the measurement results of the perceived image of this surface.
Недостатком данного способа является малый диапазон применения. При определении формы криволинейных поверхностей снижается точность, необходимо увеличение числа меток, размещаемых на контролируемых участках поверхности.The disadvantage of this method is the small range of applications. When determining the shape of curved surfaces, accuracy is reduced, it is necessary to increase the number of marks placed on controlled areas of the surface.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ использования фотометрической стереометрии по модели-примеру ["Example-Based Photometric Stereo: Shape Reconstruction with General, Varying BRDFs” // Aaron Hertzmann, Steven M. Seitz, IEEE 2005], включающий предобработку объекта и модели-примера с известной геометрией (например, сферы), получение изображений объекта и модели-примера. С помощью программной обработки изображений объекта и модели-примера производят сравнение оптических показателей участков поверхностей объекта и модели-примера. По результатам сравнения оптических показателей участков поверхностей объекта и модели-примера устанавливают форму объекта. Предобработка объекта и модели представляет собой равномерное нанесение краски на всю поверхность объекта и модели-примера соответственно.The closest technical solution to the proposed invention is a method of using photometric stereometry according to the example model ["Example-Based Photometric Stereo: Shape Reconstruction with General, Varying BRDFs” // Aaron Hertzmann, Steven M. Seitz, IEEE 2005], including pre-processing of the object and an example model with known geometry (for example, a sphere), obtaining images of an object and an example model. Using software processing images of an object and an example model, optical indicators of surface sections of an object and an example model are compared. Updating the optical parameters of the surface areas of the object and the model example sets the shape of the object. Pretreatment of the object and model is a uniform application of paint to the entire surface of the object and model example, respectively.
Равномерное нанесение краски на всю поверхность объекта для последующего установления формы данного объекта не подходит, например, для объектов с мелкими деталями, что ограничивает диапазон применения данного способа. Другим недостатком данного способа является зависимость точности установления формы объекта от качества окраски: степени неравномерности окрашивания и толщины слоя краски, а также от степени освещенности объекта и модели-примера и чувствительности оптического фиксирующего прибора. Кроме того, уменьшает точность степень отклонения реальной формы модели-примера от формы, используемой в вычислениях.Uniform application of paint on the entire surface of the object for the subsequent establishment of the shape of this object is not suitable, for example, for objects with small details, which limits the range of application of this method. Another disadvantage of this method is the dependence of the accuracy of establishing the shape of the object on the quality of the color: the degree of uneven coloring and the thickness of the paint layer, as well as the degree of illumination of the object and the model example and the sensitivity of the optical fixing device. In addition, the degree of deviation of the real form of the sample model from the form used in the calculations reduces accuracy.
Задача изобретения заключается в расширении диапазона применения способа и увеличении точности измерения формы объекта путем изменения процедуры предобработки объекта и программной обработки изображений поверхностей объекта.The objective of the invention is to expand the range of application of the method and increase the accuracy of measuring the shape of the object by changing the procedure for preprocessing the object and software processing images of the surfaces of the object.
Поставленная задача достигается тем, что способе бесконтактного измерения формы объекта, заключающемся в том, что на этапе предобработки формируют опорную искусственную текстуру поверхности объекта, представляющую собой совокупность плоских меток, в произвольном порядке нанесенных на выделяемый участок поверхности и/или совокупность плоских меток, наносимых по контуру выделяемого участка поверхности, при этом на мелкие детали поверхности объекта наносят дополнительное число плоских меток, размер и плотность которых зависят от чувствительности оптического фиксирующего устройства, затем при помощи оптического фиксирующего устройства, установленного с возможностью перемещения вокруг измеряемого объекта, получают его изображения, причем координаты оптического фиксирующего устройства для каждого получаемого изображения известны, после чего при помощи сопоставления оптических характеристик всех изображений объекта находят координаты каждой распознанной точки объекта на различных изображениях и по результатам сопоставления определяют форму объекта, при этом вычисление координат конкретной точки производят при помощи определения центра области нахождения данной точки, полученной вычитанием друг из друга областей нахождения данной точки по различным изображениям объекта, а область нахождения каждой точки по каждому изображению вычисляют с учетом данных о координатах оптического фиксирующего устройства для каждого получаемого изображения.The problem is achieved in that the method of non-contact measurement of the shape of the object, which consists in the fact that at the pre-processing stage they form a support artificial texture of the surface of the object, which is a collection of flat marks, randomly applied to the selected surface area and / or a set of flat marks applied by the contour of the selected surface area, while an additional number of flat marks are applied to small details of the surface of the object, the size and density of which depend on the optical fixing device, then using an optical fixing device mounted to move around the measured object, its images are obtained, and the coordinates of the optical fixing device for each received image are known, after which the coordinates of each recognized point are found by comparing the optical characteristics of all images of the object object in different images and according to the results of the comparison determine the shape of the object, while in computation coordinate specific points produced by determining the center region of finding a given point obtained by subtracting one from the other areas of finding a given point on the various images of the object, and the region of finding each point of each image is calculated based on the data about the coordinates of the optical fixing device for each of the image.
Способ бесконтактного измерения формы объекта осуществляется в несколько этапов.The method of non-contact measurement of the shape of an object is carried out in several stages.
Первоначально, на этапе предобработки формируют опорную искусственную текстуру, представляющую собой совокупность плоских меток, нанесенных на участок измеряемой поверхности объекта.Initially, at the pre-processing stage, a support artificial texture is formed, which is a collection of flat marks applied to a portion of the measured surface of the object.
В зависимости от цели нанесения плоских меток на участок поверхности объекта различают по крайней мере два вида опорной текстуры поверхности объекта:Depending on the purpose of applying flat marks on the surface area of the object, at least two types of supporting texture of the surface of the object are distinguished:
1. Для изменения оптических свойств участка поверхности используют сплошную опорную текстуру, представляющую собой совокупность плоских меток, в произвольном порядке нанесенных на выделяемый участок поверхности. Использование сплошной опорной текстуры позволяет проводить измерения формы объекта с прозрачными, отражающими и другими неудобными для методов пассивной фотометрии поверхностями. В отличие от полного окрашивания, нанесение сплошной текстуры при достаточной разреженности элементов позволяет сохранить текстуру поверхности.1. To change the optical properties of a surface area, a continuous support texture is used, which is a collection of flat marks, randomly applied to the selected surface area. The use of a solid reference texture makes it possible to measure the shape of an object with transparent, reflective and other uncomfortable surfaces for passive photometry methods. Unlike full coloring, applying a solid texture with sufficient sparseness of the elements allows you to save the surface texture.
2. Для выделения участка поверхности объекта используют контурную опорную текстуру, представляющую собой совокупность плоских меток, наносимых по контуру выделяемого участка поверхности. Применение контурной опорной текстуры служит для фиксирования на снимках вершин, граней, плоскостей, скруглений с постоянным радиусом и т.п., которые будут учитываться при проведении измерений, построении модели измеряемого объекта в системах компьютерного моделирования.2. To select the surface area of the object using a contour support texture, which is a collection of flat marks applied along the contour of the selected surface area. The use of a contour support texture is used to fix vertices, faces, planes, fillets with a constant radius, etc., which will be taken into account when taking measurements, building a model of the measured object in computer simulation systems.
Размер плоской метки должен быть пропорционален размеру данного участка поверхности объекта.The size of the flat mark must be proportional to the size of the given surface area of the object.
При этом на мелкие детали поверхности, где требуется большая точность измерения, наносят дополнительное число плоских меток, размер и плотность которых зависят от чувствительности оптического фиксирующего прибора.In this case, an additional number of flat marks, the size and density of which depend on the sensitivity of the optical fixing device, are applied to small details of the surface where greater measurement accuracy is required.
Затем с помощью оптического фиксирующего устройства, установленного с возможностью перемещения вокруг измеряемого объекта, производят съемку измеряемой поверхности объекта, при этом координаты оптического фиксирующего устройства для каждого получаемого изображения известны.Then, using an optical fixing device mounted to move around the measured object, the measured surface of the object is taken, and the coordinates of the optical fixing device for each image obtained are known.
После получения изображений поверхностей измеряемого объекта в ходе программной обработки при помощи сопоставления оптических характеристик изображений находят координаты каждой распознанной точки объекта на различных снимках и по результатам сопоставления определяют форму объектаAfter obtaining images of the surfaces of the measured object during software processing, by comparing the optical characteristics of the images, the coordinates of each recognized point of the object in various images are found and the shape of the object is determined from the results of the comparison
С учетом данных о координатах оптического фиксирующего устройства для каждого получаемого изображения вычисляют область нахождения каждой точки по каждому изображению, где она была распознана. Вычисление координат конкретной точки производят при помощи определения центра области нахождения данной точки, полученной вычитанием друг из друга областей нахождения данной точки по различным изображениям объекта и в результате получают данные о форме объекта в виде облака координат точек.Taking into account the data on the coordinates of the optical fixing device for each received image, the area of each point in each image where it was recognized is calculated. The coordinates of a particular point are calculated by determining the center of the region of a given point obtained by subtracting from each other the regions of a given point from different images of the object, and as a result, data on the shape of the object in the form of a cloud of point coordinates is obtained.
На фиг.1, а представлен измеряемый объект; на фиг.1, б - измеряемый объект со сплошной текстурой; на фиг.1, в - измеряемый объект с контурной текстурой;Figure 1, a presents the measured object; figure 1, b is a measured object with a solid texture; figure 1, in - the measured object with a contour texture;
на фиг.1, г - измеряемый объект, подготовленный к измерению, с нанесенными на его поверхность сплошной и контурной текстурами.figure 1, g is the measured object, prepared for measurement, with solid and contour textures deposited on its surface.
Пример конкретного выполнения способа.An example of a specific implementation of the method.
Измеряемый объект (см. фиг.1, а) представляет собой стеклянную вазу с прозрачными криволинейными стенками. Условно поверхность объекта можно разделить на прозрачную (гладкий участок) и непрозрачную (узор на поверхности вазы в виде выпуклых волнистых линий).The measured object (see figure 1, a) is a glass vase with transparent curved walls. Conventionally, the surface of the object can be divided into transparent (smooth section) and opaque (pattern on the surface of the vase in the form of convex wavy lines).
На всю прозрачную поверхность измеряемого объекта (см. фиг.1, б) в произвольном порядке наносят плоские метки в виде красных точек, изготовленные из непрозрачного матового материала.On the entire transparent surface of the measured object (see Fig. 1, b), randomly apply flat marks in the form of red dots made of opaque opaque material.
Производят выделение примитивов формы (вершин, граней и т.п.) и узор на поверхности измеряемого объекта (см. фиг.1, в) путем нанесения на контур выделяемого участка поверхности плоских меток в виде линий, наносимых красящим веществом красного матового цвета.Form primitives (vertices, faces, etc.) and a pattern on the surface of the measured object are selected (see Fig. 1, c) by applying flat marks in the form of lines applied by a coloring material of red matte color to the contour of the selected area of the surface.
В результате предобработки (см. фиг.1, г) получают измеряемый объект, с нанесенной на его поверхность сплошной и контурной текстурами.As a result of pre-treatment (see Fig. 1, d), a measured object is obtained with solid and contour textures applied to its surface.
С помощью оптического фиксирующего устройства, установленного с возможностью перемещения вокруг измеряемого объекта, расположенного на горизонтальной базовой поверхности (стол), получают изображение поверхностей объекта. При этом расстояние между оптическим фиксирующим устройством и измеряемым объектом известно.Using an optical fixing device mounted to move around a measured object located on a horizontal base surface (table), an image of the surfaces of the object is obtained. In this case, the distance between the optical fixing device and the measured object is known.
Далее, при помощи программной обработки, сопоставляют все полученные изображения объекта и с учетом данных о координатах оптического фиксирующего устройства для каждого получаемого изображения вычисляют область нахождения каждой распознанной точки по каждому изображению. Производят вычисление координат конкретной точки при помощи определения центра области нахождения данной точки, полученной вычитанием друг из друга областей нахождения данной точки по различным изображениям объекта. Получают данные о форме объекта в виде облака координат точек.Then, using software processing, all the obtained images of the object are compared, and taking into account the coordinates of the optical fixing device for each received image, the area of each recognized point for each image is calculated. The coordinates of a particular point are calculated by determining the center of the region of a given point obtained by subtracting from each other the regions of a given point from different images of the object. Get data on the shape of the object in the form of a cloud of point coordinates.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009125957/28A RU2419069C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method for noncontact measurement of shape of object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009125957/28A RU2419069C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method for noncontact measurement of shape of object |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009125957A RU2009125957A (en) | 2011-01-20 |
| RU2419069C2 true RU2419069C2 (en) | 2011-05-20 |
Family
ID=44733863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009125957/28A RU2419069C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method for noncontact measurement of shape of object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2419069C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522809C1 (en) * | 2013-02-21 | 2014-07-20 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли РФ | Method for photogrammetric measurement of dimensions and monitoring shape of body bounded by set of interconnected surfaces |
| RU2695596C1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-07-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Ice field photogrammetry method in ice basin |
| RU2714225C1 (en) * | 2019-06-20 | 2020-02-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method of determining area of contact between mandrel and workpiece in helical piercing |
-
2009
- 2009-07-06 RU RU2009125957/28A patent/RU2419069C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522809C1 (en) * | 2013-02-21 | 2014-07-20 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли РФ | Method for photogrammetric measurement of dimensions and monitoring shape of body bounded by set of interconnected surfaces |
| RU2695596C1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-07-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Ice field photogrammetry method in ice basin |
| RU2714225C1 (en) * | 2019-06-20 | 2020-02-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method of determining area of contact between mandrel and workpiece in helical piercing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009125957A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Van Gestel et al. | A performance evaluation test for laser line scanners on CMMs | |
| JP6291418B2 (en) | Optical measurement arrangements and related methods | |
| US20200128180A1 (en) | Highly efficient three-dimensional image acquisition method based on multi-mode composite encoding and epipolar constraint | |
| CN105783786B (en) | Part chamfering measuring method and device based on structured light vision | |
| CN110230993A (en) | A kind of accuracy assessment method of optical three-dimensional scanning instrument | |
| CN114485477B (en) | Icing three-dimensional shape online measuring method and device | |
| CN102243103A (en) | Method for quickly measuring colors and three-dimensional profile of object | |
| CN106546193A (en) | A kind of high reflection body surface three-dimensional measuring method and system | |
| CN109751980A (en) | Wave height measurement method based on monocular vision laser triangulation | |
| TWI583920B (en) | Measuring system of specular object and measuring method thereof | |
| RU2419069C2 (en) | Method for noncontact measurement of shape of object | |
| Sulej et al. | The membrane shape mapping of the artificial ventricle in the actual dimensions | |
| CN106546192A (en) | A kind of high reflection Free-Form Surface and system | |
| JP2001099632A (en) | Normal reflection type surface shape measuring method and device with ccd camera | |
| JPH11211433A (en) | Measuring method and measuring system of surface form of molding | |
| CN113280755B (en) | Large-curvature mirror surface three-dimensional shape measuring method based on curved surface screen phase deflection | |
| JP5197600B2 (en) | Method for non-contact measurement of a two-layer three-dimensional object with a single viewpoint optical ombre scope | |
| Hodgson et al. | Novel metrics and methodology for the characterisation of 3D imaging systems | |
| CN108986088A (en) | A kind of image based on MATLAB automatically extracts optimization method and equipment | |
| Yang et al. | 3D surface profile measurement of unsymmetrical microstructure using Fizeau interferometric microscope | |
| JP2006519990A (en) | A method to measure three-dimensional objects by back-light shadowgraphy | |
| JP2003302206A (en) | Method for locating edge in three dimensions using side illumination | |
| Gomółka et al. | Restitution of 3D scenery with coherent and structured light scanner technologies | |
| Somthong et al. | Average surface roughness evaluation using 3-source photometric stereo technique | |
| CN107084686B (en) | A kind of more light-knife scanning survey methods of the dynamic of movement-less part |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140707 |