一種適用于雙目或多目視覺尺寸測(cè)量的立體靶標(biāo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于視覺測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于雙目或多目視覺尺寸測(cè)量的立體 靶標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)產(chǎn)品外形尺寸檢測(cè)的核心內(nèi)容是測(cè)量點(diǎn)三維坐標(biāo)的獲取，獲取方式主要是依 靠三維測(cè)量系統(tǒng)以及各種專用的儀器。高精度、便捷、低成本的三維測(cè)量系統(tǒng)已成為當(dāng)前的 發(fā)展趨勢(shì)。目前，三維測(cè)量系統(tǒng)可以分為非接觸式、接觸式以及兩者組合測(cè)量三大類。
[0003] 第一類為非接觸式三維測(cè)量系統(tǒng)，包括激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)、三維掃描視覺坐標(biāo)測(cè) 量機(jī)、工業(yè)數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)等。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)是工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)中一種大尺寸測(cè) 量?jī)x器，它集合了激光干涉測(cè)距技術(shù)、光電探測(cè)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)，對(duì)空 間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并實(shí)時(shí)測(cè)量目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)，適合于大尺寸工件配裝測(cè)量，但便 攜性不足、價(jià)格昂貴、效率一般。三維掃描視覺坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是將結(jié)構(gòu)光傳感器或物體安裝在 移動(dòng)裝置上，通過移動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面的三維掃描，應(yīng)用在曲面造型、模具設(shè) 計(jì)、人體外貌描繪、工藝品復(fù)制等行業(yè)，但測(cè)量精度不高。工業(yè)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)是先把適 當(dāng)數(shù)量的光反射單元合理安裝在被測(cè)物體上，通過在不同位置和方向上的相機(jī)獲取同一物 體的2幅以上的數(shù)字圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像匹配等處理及相關(guān)數(shù)學(xué)計(jì)算后得到被測(cè)物體的三 維圖像，適合于靜止?fàn)顟B(tài)下的工件測(cè)量，但存在人工粘貼和清除標(biāo)記工作等問題，并且粘貼 標(biāo)記部位點(diǎn)云數(shù)據(jù)易缺失。
[0004] 第二類為接觸式三維測(cè)量系統(tǒng)，包括三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、關(guān)節(jié)臂式柔性三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 等。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是接觸式三維測(cè)量的代表，測(cè)量的時(shí)候通過安裝在測(cè)量機(jī)的紅寶石探針 接觸實(shí)體表面，從而獲取工件的三維坐標(biāo)。一臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的重量往往幾噸甚至幾十噸， 不適用于現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)式測(cè)量。關(guān)節(jié)臂式柔性三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種關(guān)節(jié)可旋轉(zhuǎn)且手臂可移動(dòng)的 三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，具有很好的便攜性和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)能力，但無法測(cè)量曲面復(fù)雜的機(jī)械零件尺 寸及自動(dòng)測(cè)量。
[0005] 第三類為接觸式和非接觸式組合測(cè)量系統(tǒng)，主要是基于視覺的便攜式平面式光筆 測(cè)量系統(tǒng)，它將傳統(tǒng)的接觸測(cè)量技術(shù)和CCD檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，具有接觸式測(cè)量和非接觸式 測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，但便攜式平面光筆必須手持測(cè)量，并且由于該光筆平面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，只能通過 單一平面提供特征信息，在測(cè)量過程中往往容易出現(xiàn)標(biāo)志點(diǎn)的遮擋問題，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空 間轉(zhuǎn)換及自動(dòng)化測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于雙目或多目視覺尺寸測(cè)量的立體靶標(biāo)，解決了 機(jī)械零件復(fù)雜曲面的尺寸測(cè)量及配合機(jī)械手自動(dòng)測(cè)量等問題。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是測(cè)量探針固定安裝在立體靶標(biāo)下底面接口處，將立體 靶標(biāo)置于雙目或多目視覺系統(tǒng)中，攝像機(jī)獲取立體靶標(biāo)圖像，通過圖像處理確定用于計(jì)算 的測(cè)量面，分離測(cè)量面上的編碼點(diǎn)信息，求取編碼值及中心定位點(diǎn)的三維坐標(biāo)，再根據(jù)中心 定位點(diǎn)與探針測(cè)頭之間的距離關(guān)系，計(jì)算出測(cè)頭在以左攝像機(jī)坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系下的三 維坐標(biāo)，從而得到被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而獲取被測(cè)機(jī)械零件的幾何尺寸。
[0008] 進(jìn)一步，所述從立體靶標(biāo)圖像中確定用于計(jì)算的測(cè)量面方法是對(duì)立體靶標(biāo)圖像進(jìn) 行二值化處理，測(cè)量面在二值化圖像中顯示為方形區(qū)域，通過計(jì)算和比較測(cè)量面的面積，確 定較大者為用于計(jì)算的測(cè)量面。
[0009] 進(jìn)一步，所述求取計(jì)算測(cè)量面上編碼點(diǎn)定位區(qū)中心定位點(diǎn)三維坐標(biāo)的方法是通過 設(shè)定圓度閾值，提取計(jì)算測(cè)量面圖像中編碼點(diǎn)的定位區(qū)圖像，采用灰度質(zhì)心法求得中心定 位點(diǎn)圖像坐標(biāo)，進(jìn)而求取中心定位點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0010] 進(jìn)一步，所述立體靶標(biāo)為正立方體結(jié)構(gòu)，包括靶標(biāo)測(cè)量面及上、下端面接口，測(cè)量 面為正立方體的四個(gè)側(cè)面，每個(gè)側(cè)面粘貼有四個(gè)面積相等的正方形編碼貼，每個(gè)編碼貼上 有一個(gè)編碼點(diǎn)，立體靶標(biāo)測(cè)量面、編碼點(diǎn)上的中心定位點(diǎn)都與測(cè)量探針測(cè)頭之間存在著固 定幾何位置關(guān)系，構(gòu)成一個(gè)距離矩陣。
[0011] 進(jìn)一步，所述編碼點(diǎn)由識(shí)別區(qū)和定位區(qū)構(gòu)成；識(shí)別區(qū)為一個(gè)圓環(huán)，被均分成八個(gè)黑 白相間的編碼區(qū)域，對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的二進(jìn)制值；定位區(qū)為一個(gè)白色的圓，圓心為中心定位 點(diǎn)。
[0012] 進(jìn)一步，所述編碼貼是反光標(biāo)志貼；編碼貼上除編碼點(diǎn)外的區(qū)域?yàn)楹谏?，編碼點(diǎn)內(nèi) 識(shí)別區(qū)與定位區(qū)之間的間隔區(qū)為黑色圓環(huán)。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是能準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)機(jī)械零件上深孔、溝槽、復(fù)雜曲面等隱蔽幾 何特征，適用于各類機(jī)械零件尺寸、小孔、溝槽及復(fù)雜曲面的手動(dòng)或自動(dòng)測(cè)量。
【附圖說明】
[0014] 圖1所示為立體靶標(biāo)的外形及結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2所示為編碼點(diǎn)結(jié)構(gòu)及編碼貼；
[0016] 圖3所示為一個(gè)測(cè)量面上均勻分布的四個(gè)編碼貼；
[0017] 圖4所示為基于本發(fā)明所述立體靶標(biāo)構(gòu)成的一個(gè)雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)組成示意圖；
[0018] 圖5所示為A測(cè)量面上四個(gè)編碼貼的中心定位點(diǎn)與測(cè)頭之間的距離關(guān)系模型；
[0019] 圖6所示為基于立體靶標(biāo)的測(cè)量工作原理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021] 圖1所示為正立方體的立體靶標(biāo)，包括A測(cè)量面1，D測(cè)量面2,C測(cè)量面3,上端面 接口 4,B測(cè)量面5,編碼貼6,編碼點(diǎn)7,下底面接口 8。每個(gè)測(cè)量面上均設(shè)有4個(gè)編碼貼，編 碼貼上設(shè)有編碼點(diǎn)。立體靶標(biāo)上端面接口 4用于固定安裝在機(jī)械手或手持器末端，下底面 接口 8用于安裝和固定測(cè)量探針。圖2所示為編碼點(diǎn)結(jié)構(gòu)a及編碼貼b。編碼點(diǎn)由識(shí)別區(qū) 和定位區(qū)構(gòu)成。圖3所示為一個(gè)測(cè)量面上均勻分布的四個(gè)編碼貼，定義為kl、k2、k3、k4,其 中，k=a，b，c，d。圖4為基于本發(fā)明的雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)，由立體靶標(biāo)9、測(cè)量探針10、計(jì) 算機(jī)11、CCD攝像機(jī)12和被測(cè)物體13組成，多目測(cè)量系統(tǒng)依此類推可增加CCD攝像機(jī)。分 別定義左、右兩攝像機(jī)坐標(biāo)系為0XYZ、0sXsYsZs，定義左攝像機(jī)坐標(biāo)系0XYZ為世界坐標(biāo)系， 探針測(cè)頭定義為點(diǎn)P，P點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系OXYZ下的三維坐標(biāo)值為（x，y，z)。將立體靶標(biāo) 四個(gè)相鄰的側(cè)面定義為A、B、C、D，定義A面4個(gè)編碼點(diǎn)為ai(i= 1，2, 3, 4)，編碼點(diǎn)ai的中 心定位點(diǎn)