一种基于led标签跟踪的三维几何测量方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及=维测量技术领域，尤其设及一种基于L邸标签跟踪的=维几何测量 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前，=维测量技术主要包括接触式测量及非接触式测量两类。工业生产中，有些 大尺度工件只能采用非接触式=维测量技术，如船舶曲面钢板。非接触式=维测量技术包 括两类：视觉照相=维测量、激光=维测量。照相=维测量系统具有测量速度快、测量密度 高的优点。激光测量系统具有测量精度高的优点，但在测量大尺度目标时，激光扫描速度较 慢，无法达到工业生产中的实时性要求。
[0003] 视觉测量主要可分为：被动测量和主动测量两种方法。被动测量方法通过探测物 体表面发出或反射的光线实现=维建模。然而该方法需要物体表面有丰富的纹理结构，因 此，很难将其应用到工业生产中。主动测量通过机械或福射方式接触被测物体，现有的很多 主动测量方法通过向被测物体投射特定的光，测量物体=维形状。与被动测量方法相比，主 动测量更适合工业生产，因为它们可W更加稳定，并获取更加稠密的数据。
[0004] 主动测量方法大概可W分为两类；time-of-fli曲t(T(F)激光测量和结构光测 量。（l)TOF激光测量方法通过计算光的飞行时间获取物体的S维形状。（2)结构光测量是 通过投影仪将编码的光投影在被测物体上，同时相机捕获重建该些场景。使用T0F相机可 W实时地获取稠密的S维图像。但是T0F相机分辨率太低，并且在深度图中的随机噪声太 大，因此获取的=维图像质量不高，因此，相对来讲，结构光测量更满足工业生产对精度的 要求。
[0005] 大尺度物体无法一次完成测量，需要先局部测量，然后进行拼接。例如申请号 CN201310358478. 7公开的一种大尺度钢板S维测量拼接系统及方法，先利用两台背景投影 仪向被测钢板投射复杂的纹理，并用=维扫描仪中的两台相机拍摄钢板的纹理作为背景图 片，然后关闭两台背景投影仪，打开=维扫描仪的投影仪，用两台相机拍摄钢板图像，服务 器获取所拍摄到的钢板的S维数据，并采用SIFT算法和RANSAC方法对各部分钢板的背景 图片和=维数据进行处理，W拼接相邻的部分钢板块的=维数据，由此获得整个钢板的= 维数据。该大尺度钢板=维测量拼接系统及方法，一方面背景投影仪需要架设在高空中， W保证向钢板整个表面投射特殊纹理，由此造成投影仪距离钢板表面较远，光线发散而变 弱，到达钢板表面反射进S维扫描仪的光线变得更弱，该种情况下S维扫描仪采集的背景 图像会不够清晰，给后期图像处理W及数据分析带来麻烦，进而影响钢板的=维数据W及 图像拼接的精度；另一方面在每次的局部测量时均需要在外设的两台投影仪W及=维扫描 仪内置的投影仪之间进行切换，导致整个测量操作繁琐，系统使用起来相当不方便。
[0006] 因此，需要一种不受自然光照变化影响且能够方便、快速、准确地对大尺度物体进 行视觉测量的方法和系统。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于L邸标签跟踪的大尺度物体=维测量方法及系 统，能够方便、快速、准确地对大尺度物体进行视觉测量，同时消除自然光强度变化对测量 精度的不利影响。
[000引为解决上述问题，本发明提出一种基于L邸标签跟踪的S维几何测量方法，包括：
[0009] 第一步，将贴有L邸标签的一套S维扫描仪安装在能沿着待测物体旁侧的轨道移 动的支架上，并将所述支架移动到所述轨道的一端，所述=维扫描仪主要有由两台工业相 机和一台投影仪组成；
[0010] 第二步，将立体跟踪仪固定设置，且立体跟踪仪的固定位置使得在测量过程中立 体跟踪仪始终都能跟踪到所述L邸标签；
[0011] 第=步，开始一个局部测量，所述=维扫描仪的投影仪向待测物体表面投射结构 光，所述=维扫描仪的两台工业相机拍摄各自视野内的待测物体局部图像，并将所述局部 图像数据传输至服务器，同时，立体跟踪仪拍摄L邸标签图像并传输至服务器；
[0012] 第四步，所述服务器根据所述两台工业相机的局部图像数据生成所述待测物体的 一个局部的=维图像，同时在所述L邸标签图像中精确定位L邸标签中屯、点位置，完成所述 待测物体的一个局部的测量；
[0013] 第五步，沿轨道推动支架移动W推动=维扫描仪更换到新位置，重复第=、四步， 完成待测物体的下一个局部的测量；
[0014] 第六步，所述服务器采用KLT算法，建立两个局部测量的L邸标签图像之间的LED 标签关系；
[0015] 第走步，所述服务器根据每个局部测量的L邸标签图像获得每个局部测量的=维 扫描仪坐标系中的L邸标签位置；
[0016] 第八步，所述服务器根据两个局部测量的所述L邸标签关系W两个局部测量的所 述L邸标签位置，获得所述两个局部测量的所述L邸标签位置的变化，W评估所述两个局部 测量的=维扫描仪姿态变化；
[0017] 第九步，所述服务器根据第八步的结果，拼接所述两个局部测量的=维图像；
[0018] 第十步，重复步骤五到九，直到所述待测物体的最后一个局部测量结束，W拼接出 所述待测物体的整个表面的=维图像。
[0019] 进一步的，所述=维扫描仪主要有由两台工业相机和一台投影仪组成。
[0020] 进一步的，所述L邸标签的发光功率大于等于3W。
[0021] 进一步的，所述立体跟踪仪主要由两台工业相机组成。
[0022] 进一步的，所述S维扫描仪和所述立体跟踪仪的相机分辨率均在1440X1080W 上、帖率均在10巧SW上，且分别通过千兆网连接服务器；所述=维扫描仪的投影仪通过 USB线连接服务器。
[0023] 进一步的，所述第四步中，在所述L邸标签图像中精确定位L邸标签中屯、点位置的 步骤包括：
[0024] 2a;采用归一化模板匹配方法，找到所述L邸标签图像中的L邸标签图像块；
[00巧]2b;放大所述L邸标签图像块获得放大图像化，且化对应的S维图像中L邸标签Lm呈现为八角形的山状；
[0026] 2c;采用高斯函数对化对应的S维图像进行平滑处理，获得一个平滑图像，并根 据平滑图像顶点来确定Lm图像的顶点Pt;
[0027] 2d;根据所述平滑的图像生成具有五个虚拟平面的立维图像PV;-个底面Pb为基 础面，四个交叉面均垂直于化并交叉于同一条交线以相邻两个交叉平面之间的夹角为45 度；
[0028] 2e;重叠图像Lm和PV，且Lm和PV的底部重合并让L通过Lm图像的顶点Pt;
[0029] 2f;让PV的四个交叉面WL为轴，整体按顺时针方向依次旋转预设角度直至旋转 一周，并记录每次旋转后的PV与Lm的交叉横截面积；
[0030] 2g;把L的当前位置和最大的交叉横截面积部分记录在队列Qs;
[0031] 2h;用化t表示Pt的24个邻居像素，移动PV，让L通过化t中的每一个像素，重 复步骤2f~化；
[0032] 2i;在Qs中，选择具有最大交叉横截面积的元素，选择所述元素对应的L的位置作 为精确中屯、化；
[0033] 2j;缩小化至所述L邸标签图像块的倍率，并根据化获得所述L邸标签图像中的 L邸标签中屯、点位置。
[0034] 进一步的，所述第走步中，所述服务器对每个局部测量的=维扫描仪坐标系统中 的L邸标签位置进行标定的步骤包括：
[00巧]3a;把一个棋盘格标定板放在立体跟踪仪和S维扫描仪的视野内，同时立体跟踪 仪还能够跟踪到=维扫描仪上的L邸标签；
[0036] 3b;通过所述棋盘格标定板获得立体跟踪仪坐标系与S维扫描仪坐标系之间的转 换关系；
[0037] 3c;通过每个局部测量时立体跟踪仪拍摄的L邸标签图像获得每个局部测量的 L邸标签在立体跟踪仪坐标系中的位置，并将L邸标签在立体跟踪仪坐标系中的位置通过 所述转换关系转换为L邸标签在=维扫描仪坐标系中的位置。
[0038] 进一步的，在所述第八步中，根据所述两个局部测量的所述L邸标签位置的变化， 评估所述两个局部测量的=维扫描仪姿态变化，包括：
[0039] 4a;将某个局部测量时S维扫描仪的位置r表示为向量Y，其中，
[0040]
[0041] 4b;定义所述某个局部测量时立体跟踪仪的左、右投影矩阵分别为：
[0042]
[0043] 4c;根据Pi、Pf和Tt将所述某个局部测量时L邸标签在S维扫描仪坐标系中的坐 标Xgi投影到立体跟踪仪中，建立投影关系：
[0044]
[0045] 其中，
是L邸标签分别在立体跟踪仪中左、右两 幅图像中的像素坐标；
IL邸标签在=维扫描仪坐标系中的坐标；
[004引 4d;根据所述投影关系W及r与Y之间的关系获得向量Y与X;、X:;、Pi、Pf的之 间的最小二乘法矩阵关系AY=b，其中，
[0047]
[0048] 4e;根据所述最小二乘法矩阵关系计算出所述某个局部测量的S维扫描仪的姿态 为：Y*=argminY(|AY_b|2);
[0049] 4f;根据连续两次局部测量时计算出的S维扫描仪的姿态评估两个局部测量的S 维扫描仪姿态变化。