本實(shí)用新型涉及立體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固定式立體檢測(cè)方法的專用設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前的立體檢測(cè)設(shè)備主要包括：2D激光位移傳感器、雙目立體相機(jī)。

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(cè)物體，上方用相機(jī)進(jìn)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(gè)空間位置。在做立體掃描時(shí)，需要配合精密的移動(dòng)平臺(tái)，在移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)的過(guò)程中得出各個(gè)直線的空間位置，并進(jìn)行匯總計(jì)算，得出立體數(shù)據(jù)。2D激光位移傳感器缺點(diǎn)：必須結(jié)合高精度的移動(dòng)平臺(tái)配合使用，降低了穩(wěn)定性同時(shí)造成成本高。

雙目立體相機(jī)：該原理與人眼類似，通過(guò)兩個(gè)并排的攝像頭來(lái)拍攝前端的被測(cè)物體，利用視差的方法計(jì)算各個(gè)特征點(diǎn)的距離尺寸，結(jié)合采集的2D圖像可以計(jì)算出空間點(diǎn)，并得到立體數(shù)據(jù)。其缺點(diǎn)是：精度低，一般無(wú)法滿足工業(yè)要求，同時(shí)對(duì)測(cè)量表面要求較高，普通的無(wú)紋理表面無(wú)法進(jìn)行匹配和計(jì)算。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型主要為解決上述問(wèn)題，提供一種成本低、穩(wěn)定性高、可對(duì)應(yīng)低紋理表面檢測(cè)、高精度的固定式立體檢測(cè)方法的專用設(shè)備。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種固定式立體檢測(cè)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(jī)；投影設(shè)備、圖像采集設(shè)備均放置在被測(cè)樣件上方，投影設(shè)備向被測(cè)樣件投放投影圖像，圖像采集設(shè)備朝向被測(cè)樣件并采集反射的投影圖像；所述工控機(jī)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(cè)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(wèn)題，優(yōu)選的，所述投影設(shè)備的數(shù)量為兩個(gè)，或所述圖像采集設(shè)備的數(shù)量為兩個(gè)。

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

有益效果：本實(shí)用新型通過(guò)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(duì)應(yīng)采集圖片并利用幾何光學(xué)結(jié)合圖像位置算法，計(jì)算出對(duì)應(yīng)顯示芯片上各個(gè)點(diǎn)的立體數(shù)據(jù)的方式，來(lái)得到實(shí)際被測(cè)物體的立體尺寸；與激光2D傳感器相比，該設(shè)備通過(guò)投影機(jī)內(nèi)顯示圖像的變化，取代了高精度的移動(dòng)平臺(tái)，即降低了成本，同時(shí)又避免了移動(dòng)平臺(tái)配合的穩(wěn)定性差的問(wèn)題；與雙目立體視覺(jué)相比，該設(shè)備很好的解決了對(duì)低紋理區(qū)域的檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的固定式立體檢測(cè)方法的專用設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(單相機(jī))。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例檢測(cè)深度不連續(xù)區(qū)域時(shí)出現(xiàn)未檢測(cè)的區(qū)域(單相機(jī))。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的固定式立體檢測(cè)方法的專用設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(雙投影)。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的固定式立體檢測(cè)方法的專用設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(雙相機(jī))。

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的固定式立體檢測(cè)方法的專用設(shè)備投影到平板物體時(shí)的采集圖像效果。

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的固定式立體檢測(cè)方法的專用設(shè)備投影到具有凸起的平板物體時(shí)的采集圖像效果。

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的固定式立體檢測(cè)方法的專用設(shè)備投影到具有凹陷的平板物體時(shí)的采集圖像效果。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對(duì)本實(shí)用新型的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的固定式立體檢測(cè)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(cè)樣件3、以及工控機(jī)4；兩個(gè)設(shè)備均放置在被測(cè)樣件上方，高度根據(jù)實(shí)際檢測(cè)面積、精度可在0.02m-10m之間，投影設(shè)備向測(cè)量物投放投影圖像，采集設(shè)備朝向測(cè)量物并采集反射的投影圖像。本實(shí)施例的投影設(shè)備1為投影機(jī)、圖像采集設(shè)備2為工業(yè)相機(jī)，工業(yè)相機(jī)放置在被測(cè)樣件的中部區(qū)域上方，投影機(jī)與工業(yè)相機(jī)與被測(cè)樣件上表面距離均為d，投影機(jī)在工業(yè)相機(jī)左側(cè)，角度為a，投影機(jī)投出的影像在被測(cè)樣件表面，工業(yè)相機(jī)正對(duì)被測(cè)物體，工控機(jī)與投影設(shè)備、圖像采集設(shè)備相連共同組成檢測(cè)系統(tǒng)。

檢測(cè)時(shí)，首先由工控機(jī)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(jī)圖像的切換取代了高精度移動(dòng)平臺(tái)，由于投影設(shè)備始終不變，因此獲得更穩(wěn)定的檢測(cè)效果。

該特征也可以為灰度條紋，通過(guò)工控機(jī)控制工業(yè)相機(jī)采集對(duì)應(yīng)的反射圖像。

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

由于單側(cè)投影易出現(xiàn)深度反向跨越時(shí)無(wú)法檢測(cè)情況，如圖2所示，在檢測(cè)深度變化不連續(xù)區(qū)域時(shí)，不連續(xù)區(qū)域會(huì)造成投影圖像無(wú)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(jìn)行處理計(jì)算，這種情況下該區(qū)域不會(huì)有任何的圖像變化，因此設(shè)備無(wú)法分析到圖像未覆蓋區(qū)域。這種情況下我們可以通過(guò)對(duì)應(yīng)右側(cè)增加投影機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)全方位的檢測(cè)并通過(guò)二次分析提高檢測(cè)精度，如圖3所示，在右側(cè)對(duì)稱位置增加投影設(shè)備，投影方向正對(duì)被測(cè)樣件，左側(cè)投影機(jī)投影不到的AB區(qū)域可通過(guò)右側(cè)投影得到，而兩側(cè)投影都到達(dá)的區(qū)域可以同時(shí)計(jì)算進(jìn)一步提高設(shè)備精度。

本發(fā)明通過(guò)采用普通的投影設(shè)備與工業(yè)相機(jī)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(jī)對(duì)應(yīng)采集圖片并利用幾何光學(xué)結(jié)合圖像位置算法，計(jì)算出對(duì)應(yīng)顯示芯片上各個(gè)點(diǎn)的立體數(shù)據(jù)的方式，來(lái)得到實(shí)際被測(cè)物體的立體尺寸。

和激光2D傳感器相比，該設(shè)備通過(guò)投影機(jī)內(nèi)顯示圖像的變化，取代了高精度的移動(dòng)平臺(tái)，即降低了成本，同時(shí)又避免了移動(dòng)平臺(tái)配合的穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

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

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

工業(yè)相機(jī)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(hù)這種通過(guò)投影設(shè)備對(duì)被測(cè)物進(jìn)行具有一定特征的圖像投影，采用工業(yè)相機(jī)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(lái)得出被測(cè)物的立體數(shù)據(jù)的檢測(cè)設(shè)備。

以投影設(shè)備投出一條直線為例進(jìn)行說(shuō)明：

當(dāng)投影到一張平板物體時(shí)，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(gè)凸起的長(zhǎng)方體平板時(shí)，其采集圖像效果如圖6，該直線會(huì)向左偏移

當(dāng)投影到一塊具有凹陷的長(zhǎng)方體平板時(shí)，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(jì)算時(shí)，假設(shè)投影中心為Pp(Xp，Yp)、相機(jī)中心為Pc(Xc，Yc)、相機(jī)芯片中心Pccd(Xccd，Yccd)，這3個(gè)點(diǎn)為系統(tǒng)確定的點(diǎn)，可直接得出。投影出線的角度為工控機(jī)控制輸出，此次以角度為Ap為例。由于投影線過(guò)點(diǎn)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(duì)圖像進(jìn)行分析，當(dāng)該直線投影時(shí)，以平面的位置為零點(diǎn)，當(dāng)被測(cè)物位置高于平面時(shí)，線向左偏移，被測(cè)物低于平面時(shí)，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(cè)較高物體時(shí)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(guò)相機(jī)中心Pc(Xc，Yc)，因此兩點(diǎn)確定直線，可得相機(jī)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(diǎn)坐標(biāo)的Y值即為該點(diǎn)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(guò)圖像的對(duì)比，同一位置在高度上不同時(shí)，d1、d2、d3的值不同，直接計(jì)算出的高度y值也不同，可據(jù)此得到該位置點(diǎn)的高度。

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

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。