本發(fā)明涉及立體檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固定式立體檢測方法的專用設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前的立體檢測設(shè)備主要包括：2D激光位移傳感器、雙目立體相機。

2D激光位移傳感器采用基于2D激光掃描的方式：主要原理為使用一束線激光照射到被檢測物體，上方用相機進行拍攝，得出直線的位置并應(yīng)用三角算法，得出當(dāng)前直線上各個空間位置。在做立體掃描時，需要配合精密的移動平臺，在移動平臺移動的過程中得出各個直線的空間位置，并進行匯總計算，得出立體數(shù)據(jù)。2D激光位移傳感器缺點：必須結(jié)合高精度的移動平臺配合使用，降低了穩(wěn)定性同時造成成本高。

雙目立體相機：該原理與人眼類似，通過兩個并排的攝像頭來拍攝前端的被測物體，利用視差的方法計算各個特征點的距離尺寸，結(jié)合采集的2D圖像可以計算出空間點，并得到立體數(shù)據(jù)。其缺點是：精度低，一般無法滿足工業(yè)要求，同時對測量表面要求較高，普通的無紋理表面無法進行匹配和計算。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要為解決上述問題，提供一種成本低、穩(wěn)定性高、可對應(yīng)低紋理表面檢測、高精度的固定式立體檢測方法的專用設(shè)備。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種固定式立體檢測方法的專用設(shè)備，所述專用設(shè)備包括投影設(shè)備、圖像采集設(shè)備以及工控機；投影設(shè)備、圖像采集設(shè)備均放置在被測樣件上方，投影設(shè)備向被測樣件投放投影圖像，圖像采集設(shè)備朝向被測樣件并采集反射的投影圖像；所述工控機分別與投影設(shè)備、圖像采集設(shè)備數(shù)據(jù)連接，共同組成檢測系統(tǒng)。

為了克服單一圖像采集設(shè)備、投影設(shè)備存在圖像未覆蓋區(qū)域的技術(shù)問題，優(yōu)選的，所述投影設(shè)備的數(shù)量為兩個，或所述圖像采集設(shè)備的數(shù)量為兩個。

為了達到更好的檢測效果，所述投影設(shè)備、圖像采集設(shè)備距離被測樣件的高度在0.02m-10m之間。

有益效果：本發(fā)明通過采用普通的投影設(shè)備與圖像采集設(shè)備的結(jié)合，利用投影設(shè)備可以靈活多變的投出多種圖案，圖像采集設(shè)備對應(yīng)采集圖片并利用幾何光學(xué)結(jié)合圖像位置算法，計算出對應(yīng)顯示芯片上各個點的立體數(shù)據(jù)的方式，來得到實際被測物體的立體尺寸；與激光2D傳感器相比，該設(shè)備通過投影機內(nèi)顯示圖像的變化，取代了高精度的移動平臺，即降低了成本，同時又避免了移動平臺配合的穩(wěn)定性差的問題；與雙目立體視覺相比，該設(shè)備很好的解決了對低紋理區(qū)域的檢測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的固定式立體檢測方法的專用設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(單相機)。

圖2為本發(fā)明實施例檢測深度不連續(xù)區(qū)域時出現(xiàn)未檢測的區(qū)域(單相機)。

圖3為本發(fā)明實施例提供的固定式立體檢測方法的專用設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(雙投影)。

圖4為本發(fā)明實施例提供的固定式立體檢測方法的專用設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(雙相機)。

圖5為本發(fā)明實施例提供的固定式立體檢測方法的專用設(shè)備投影到平板物體時的采集圖像效果。

圖6為本發(fā)明實施例提供的固定式立體檢測方法的專用設(shè)備投影到具有凸起的平板物體時的采集圖像效果。

圖7為本發(fā)明實施例提供的固定式立體檢測方法的專用設(shè)備投影到具有凹陷的平板物體時的采集圖像效果。

具體實施方式

為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達到的技術(shù)效果更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。

本發(fā)明實施例提供的固定式立體檢測方法的專用設(shè)備，如圖1所示，主要包括投影設(shè)備1、圖像采集設(shè)備2、被測樣件3、以及工控機4；兩個設(shè)備均放置在被測樣件上方，高度根據(jù)實際檢測面積、精度可在0.02m-10m之間，投影設(shè)備向測量物投放投影圖像，采集設(shè)備朝向測量物并采集反射的投影圖像。本實施例的投影設(shè)備1為投影機、圖像采集設(shè)備2為工業(yè)相機，工業(yè)相機放置在被測樣件的中部區(qū)域上方，投影機與工業(yè)相機與被測樣件上表面距離均為d，投影機在工業(yè)相機左側(cè)，角度為a，投影機投出的影像在被測樣件表面，工業(yè)相機正對被測物體，工控機與投影設(shè)備、圖像采集設(shè)備相連共同組成檢測系統(tǒng)。

檢測時，首先由工控機控制投影設(shè)備投出標(biāo)準(zhǔn)的特征圖像，該特征圖像可以為單條或多條線段或直線，該情況下原理與激光2D傳感器類似，使用投影機圖像的切換取代了高精度移動平臺，由于投影設(shè)備始終不變，因此獲得更穩(wěn)定的檢測效果。

該特征也可以為灰度條紋，通過工控機控制工業(yè)相機采集對應(yīng)的反射圖像。

后端在工控機內(nèi)對采集圖像進行分析，利用亞像素算法計算出對應(yīng)特征在顯示芯片上的位置，并利用幾何光學(xué)理論計算于投影光線的交點，該交點即為3D位置。

由于單側(cè)投影易出現(xiàn)深度反向跨越時無法檢測情況，如圖2所示，在檢測深度變化不連續(xù)區(qū)域時，不連續(xù)區(qū)域會造成投影圖像無法覆蓋，如AB區(qū)域。由于設(shè)備是根據(jù)變化的投影圖像進行處理計算，這種情況下該區(qū)域不會有任何的圖像變化，因此設(shè)備無法分析到圖像未覆蓋區(qū)域。這種情況下我們可以通過對應(yīng)右側(cè)增加投影機的方式實現(xiàn)全方位的檢測并通過二次分析提高檢測精度，如圖3所示，在右側(cè)對稱位置增加投影設(shè)備，投影方向正對被測樣件，左側(cè)投影機投影不到的AB區(qū)域可通過右側(cè)投影得到，而兩側(cè)投影都到達的區(qū)域可以同時計算進一步提高設(shè)備精度。

本發(fā)明通過采用普通的投影設(shè)備與工業(yè)相機結(jié)合，利用投影設(shè)備可以靈活多變的投出多種圖案，工業(yè)相機對應(yīng)采集圖片并利用幾何光學(xué)結(jié)合圖像位置算法，計算出對應(yīng)顯示芯片上各個點的立體數(shù)據(jù)的方式，來得到實際被測物體的立體尺寸。

和激光2D傳感器相比，該設(shè)備通過投影機內(nèi)顯示圖像的變化，取代了高精度的移動平臺，即降低了成本，同時又避免了移動平臺配合的穩(wěn)定性差的問題。

和雙目立體視覺相比，該設(shè)備很好的解決了對低紋理區(qū)域的檢測。

投影設(shè)備可以為普通的投影機，激光投影、或其他可以投射到被測物表面圖像的設(shè)備。該圖像不一定為可見，也可以為可見光外的紅外或紫外圖像。

工業(yè)相機為圖像采集器，可以采集到前端圖像的設(shè)備，同樣也可能為紅外或紫外圖像。

本發(fā)明主要為保護這種通過投影設(shè)備對被測物進行具有一定特征的圖像投影，采用工業(yè)相機或其他圖像采集器采集這種投影圖片，利用幾何光學(xué)和三角算法來得出被測物的立體數(shù)據(jù)的檢測設(shè)備。

以投影設(shè)備投出一條直線為例進行說明：

當(dāng)投影到一張平板物體時，其采集圖像效果如圖5，采集到的圖像中部為一條直線。

當(dāng)投影到一塊防止一個凸起的長方體平板時，其采集圖像效果如圖6，該直線會向左偏移

當(dāng)投影到一塊具有凹陷的長方體平板時，其采集圖像效果如圖7，凹陷部分圖像向右偏移。

向左與向右的偏移量根據(jù)物體的凸起或凹陷的距離不同而變化，圖像越向左表明凸起的高度越高，在計算時，假設(shè)投影中心為Pp(Xp，Yp)、相機中心為Pc(Xc，Yc)、相機芯片中心Pccd(Xccd，Yccd)，這3個點為系統(tǒng)確定的點，可直接得出。投影出線的角度為工控機控制輸出，此次以角度為Ap為例。由于投影線過點Pp，并且與數(shù)值角度為Ap，可得投影線的公式為：

y＝1/tan(Ap)*x+Yp-1/tan(Ap)*Xp；

對圖像進行分析，當(dāng)該直線投影時，以平面的位置為零點，當(dāng)被測物位置高于平面時，線向左偏移，被測物低于平面時，向右偏移。利用圖像法可以得出當(dāng)前圖像上該直線投影的位置，由于圖像是有成像芯片讀出，可以直接得到投影直線在成像芯片上的位置d1，當(dāng)檢測較高物體時為d2，較低物體為d3。投影直線在成像芯片上的位置為(Xccd+d，Yccd)。由于投影直線必過相機中心Pc(Xc，Yc)，因此兩點確定直線，可得相機端采集投影直線的方程為(以d1為例)：

(x-Xc)/(Xccd+d1-Xc)＝(y-Yc)/(Yccd-Yc)

兩條直線交點坐標(biāo)的Y值即為該點的高度值。

y＝(-Yc*(Xccd+d1-Xc)+(Xc-Xp+tan(Ap)*Yp)*(Yccd-Yc))/((Yccd-Yc)*tan(Ap)-(Xccd+d1-Xc))

通過圖像的對比，同一位置在高度上不同時，d1、d2、d3的值不同，直接計算出的高度y值也不同，可據(jù)此得到該位置點的高度。

在該點計算完成后，順序計算一條直線上的點，便完成一條顯示線上的數(shù)據(jù)計算，可以繼續(xù)投影出向兩側(cè)偏移的條紋，并計算其他的投影線數(shù)據(jù)，最終完成整個投影區(qū)域的計算。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。