1 太原科技大学机械工程学院,山西 太原 030024
2 太原科技大学重载装备作业智能化技术与系统山西省重点实验室,山西 太原 030024
线结构光测量技术被广泛应用于工业检测领域,而激光条纹中心提取质量直接影响线结构光的测量精度。针对现有算法在曲率变化较大或干扰严重工况下条纹中心提取效果较差的问题,提出了一种基于单边跟踪与中点预测的中心提取算法。首先根据激光条纹灰度和走向对其进行单边跟踪,同时结合灰度重心法和最小二乘法预测初始中心点坐标,然后利用初始中心点邻近像素差分构建Hessian矩阵,计算最终中心点坐标。实验结果表明:该算法的处理速度是几何中心法的3.96倍、测量精度是Steger法的2.06倍,在信噪比为8.52 dB且激光条纹与噪声相连的严重干扰情况下,提取精度是Steger法的5.76倍。所提算法在保证速度和精度的同时,具有较好的抗干扰性和适用性,对于条纹质量较差的工业检测具有一定意义。
测量 中心提取 单边跟踪 中点预测 差分 线结构光
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444
2 中冶宝钢技术服务有限公司,上海 201999
结构光视觉技术是一种光学三维表面测量技术,具有速度快、精度高、鲁棒性强等优点。在实际应用中,线结构光发射器的镜头失真会导致光平面发生弯曲,而现有的大多数标定方法无法对失真进行补偿,并且会限制线结构光的分布规则。为了避免透镜失真所造成的影响,提出了一种精确且鲁棒性强的线结构光标定方法,通过构建曲面网格模型将水平、竖直射线追踪相结合,克服了现有方法对结构光分布方向的限制,同时,利用微分后的空间网格平面与像素网格平面之间的单应性关系实现了亚像素级的光条中心点三维重建。实验结果表明,该方法可以降低线结构光平面弯曲对标定精度的影响,对间距为55 mm的任意相邻靶标进行距离测量的误差小于0.08 mm,对间距为1133.85 mm的任意相邻靶标进行距离测量的精度可达0.50 mm。
线结构光曲面标定 射线追踪 曲面网格模型
浙江科技学院机械与能源工程学院,浙江 杭州 310012
为检测软包电池表面缺陷,开发一套基于线结构光的软包电池表面检测系统。首先搭建基于激光三角测量原理检测系统;对相机、光平面和移动位姿进行标定,通过相机与线结构光获取电池表面条纹图像;其次运用Steger方法提取条纹中心线;最后三维重建还原电池表面的形貌特征,结合表面条纹特性曲线,判断缺陷类型。试验结果表明,该系统能够检测软包电池表面缺陷类型及受损程度,满足软包电池表面检测的需求。
线结构光 三维重建 缺陷检测 软包电池 line structured light 3D reconstruction defect detection soft pack battery
1 河北工程大学数理科学与工程学院,河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心(筹),河北 邯郸 056038
3 河北省计算光学成像与智能感测国际联合研究中心,河北 邯郸 056038
4 河北省煤矿智能化工程研究中心,河北 邯郸 056038
针对现有线结构光对复杂物体进行三维重建时存在信息缺失的问题,分析遮挡导致信息残缺的机理,定量分析线结构光系统参数和遮挡残缺之间的关系,提出一种长短基线结构光交叉补缺重建方法。基于双目线结构光硬件设备,构建了双目长基线和左右单目短基线3套不同基线的线结构光系统,对物体进行图像采集和三维重建。重建结果融合了双目、左目、右目图像的重建结果,实现了信息补缺,较好地改善了线结构光对具有复杂表面的物体进行三维重建时存在信息缺失的问题。实验结果显示,相比于传统双目线结构光,所提双目线结构光融合重建技术的重建缺失阈值从4.28 mm降低为2.14 mm,信息重建完整率从88%提升到92%,分别采集了充电器、盒子、开发板的三维数据,最高能够实现94%的信息重建。所提双目线结构光融合重建技术在不改变双目线结构光硬件设备的基础上,增加了信息采集完整度,拓宽了应用范围。
线结构光 双目 三维重建 表面突变 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1611001
1 太原科技大学机械工程学院,山西 太原 030024
2 海安太原科大高端装备及轨道交通技术研发中心,江苏 海安226600
异型微小构件是一种通过轧制、挤压、拉拔等工艺制成的形状复杂、加工边界不规则的结构件,被广泛应用于高端钟表、电子五金、医疗器材等行业。在目前的生产过程中,多通过人工利用显微镜实现异型微小构件的几何尺寸测量,存在劳动强度大、生产效率低、测量精度不稳定等问题。鉴于此,提出一种利用线结构光的异型微小构件几何尺寸测量方法。首先,利用张正友标定法获取工业相机内外参数和畸变系数,结合Steger细化法和最小二乘法对线结构光平面进行标定;其次,基于Microsoft Foundation Classes和OpenCV编制异型微小构件几何尺寸测量程序;最后,利用标准量块对该方法的测量精度和可重复性进行评价,开展3种规格的异型微小构件几何尺寸测量试验。结果表明,无论是在宽度方向还是高度方向,该方法的整体测量误差均小于0.1 mm。该方法达到了较高的测量精度,能满足实际生产需求。
数字图像处理 线结构光 异型构件 参数标定 测量试验 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1512001
1 郑州轻工业大学 物理与电子工程学院 河南省磁电信息功能材料重点实验室,河南 郑州 450000
2 郑州轻工业大学 物理与电子工程学院 郑州市信息光学与光电技术重点实验室,河南 郑州 450000
3 浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室,浙江 杭州 310027
为提升线结构光传感器的标定效率与精度,设计了一种集成自背光可调节位姿的平面棋盘格-同心圆互补线结构光标定系统。该系统基于同心圆圆心的真实投影位置与投影椭圆圆心位置的几何关系,建立非线性优化偏心误差补偿模型,精确得到透射投影下圆心偏心误差补偿位置。该方法与传统标定方法对比降低重投影误差84.7%,有效解决了圆形标志物偏心误差补偿的高精度标定难题。通过将相机坐标系下过光心、光条中心线的平面与靶标平面结合,多次获取空间交线的坐标信息增加特征点,并使用最小二乘法拟合光平面方程,解决了因特征点少从而平面拟合标定精度较低的问题。在复杂环境下重复实验测得大尺寸砂轮外径误差均值为0.005 1 mm,结果表明该标定系统具有一定的准确性和简便实用性。
线结构光 标定系统 偏心误差补偿 平面拟合 line structured light calibration system eccentric error compensation plane fitting
1 萍乡学院机械电子工程学院,江西 萍乡 337055
2 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083
光条成像质量是决定线结构光三维测量精度的重要因素之一。为解决现有光条成像质量评价方法对整体与细节评价兼顾不全、评价依据单一等问题,提出了一种线结构光条成像质量多参数综合评价方法。首先从图像一维熵、局部对比度和光条清晰度三方面,对渐变曝光时间下采集的系列光条图像进行特征分析。接着以系列图像的光心提取精度反向评价光条成像质量,并分析多特征参数随光心提取精度的变化规律。在此基础上,实现多特征参数对系列光条图像质量的综合评价,并构建多参数综合量化评价模型。实验结果表明:与已有方法相比,所提方法评价结果更准确、有效,由评得优质光条图像重构出的高精度齿条轮廓精度最高,其Rssa值仅为0.022。
仪器,测量与计量 线结构光 光条成像质量 多参数综合评价 图像一维熵 局部对比度 光条清晰度 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0712005