利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2021113556608
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
更新日期:2024-09-06
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种高精度微曲面复光束光学检测方法,其特征在于,包括:S1:向被测物体发射光束,采集被测物体旋转过程中的光束反射图像;

S2:对光束反射图像进行预处理,获得预处理图像;

S3:根据预处理图像,获得被测物体的旋转方向;

S4:根据预处理图像和旋转方向,计算被测物体的表面法向量,获得被测物体的表面法向量RGB图;

根据预处理图像和旋转方向,计算被测物体的表面法向量的具体方法为:被测物体的表面法向量与光束的照射方向、预处理图像的亮度值之间存在以下关系:T

I=KdLN

式中,I表示预处理图像的亮度值,Kd表示反射率,L表示单位化的光束的照射方向,N表T示被测物体的表面法向量,(*) 表示求转置;光束的照射方向与被测物体的旋转方向的存在相对位置关系,被测物体的旋转方向即是光束的照射方向;

则被测物体的预处理图像上任意一点有:

式中, 表示第n张预处理图像上位置坐标为(i,j)的像素点的亮度值, 表示第n张预处理图像对应的光束照射方向在空间直角坐标系中x轴、y轴、z轴上的方向分量,表示第n张预处理图像上位置坐标为(i,j)的像素点在x轴、y轴、z轴上表面法向量分量;

S5:对表面法向量RGB图进行处理,获得处理后的表面法向量;

S6:根据处理后的表面法向量计算被测物体上各点的深度值,组成被测物体的深度图;

根据处理后的表面法向量计算被测物体上各点的深度值的具体方法为:被测物体的表面法向量与被测物体表面的切面垂直,则表面法向量和切面上的任意一条直线垂直;被测物体表面上任意一点(i,j)指向右侧邻域像素和下侧邻域像素的向量均位于经过该点的切面上,则指向右侧邻域像素向量为:(i+1,j,zi+1,j)‑(i,j,zi,j)=(1,0,zi+1,j‑zi,j)指向右侧邻域像素向量与表面法向量垂直,垂直方程为:整理为:

指向下侧邻域像素向量与表面法向量垂直,同理可得垂直方程为:根据右侧邻域像素向量和下侧邻域像素向量的垂直方程,则各点的深度值z表示为:Mz=v

式中,M表示矩阵系数,v表示关于表面法向量的矩阵;

S7:根据深度图重建被测物体的曲面模型。

2.根据权利要求1所述的高精度微曲面复光束光学检测方法,其特征在于,所述步骤S1中,利用位置固定的复光束角度传感器向被测物体发射光束。

3.根据权利要求1所述的高精度微曲面复光束光学检测方法,其特征在于,所述步骤S1中,利用位置固定的CMOS摄像机拍摄被测物体旋转过程中的光束反射图像。

4.根据权利要求1所述的高精度微曲面复光束光学检测方法,其特征在于,所述步骤S2中,对光束反射图像进行预处理为:利用中值滤波器对光束反射图像进行平滑处理。

5.根据权利要求1所述的高精度微曲面复光束光学检测方法,其特征在于,所述步骤S3中,根据预处理图像,获得被测物体的旋转方向的具体方法为:对所有预处理图像进行加和处理,形成光束反射的叠加图像;在叠加图像上,每张预处理图像上对应光束点形成一个圆圈;选取位于叠加图像中心的圆圈,利用OpenCV中的moments()函数计算该圆圈的重心,作为该圆圈的圆心;在该圆圈上选择相邻两张预处理图像对应的光束点,结合该圆圈的圆心,利用余弦定理计算两个光束点间的夹角,即方向的改变角度,进而确定被测物体的旋转方向。

6.根据权利要求1所述的高精度微曲面复光束光学检测方法,其特征在于,所述步骤S5中,对表面法向量RGB图进行处理具体包括:S5.1:按照空间坐标系XYZ轴三个方向对被测物体的表面法向量RGB图进行分离,获得被测物体的三个单通道图像上表面法向量的数据分布;

S5.2:去除表面法向量中的异常值;

S5.3:根据数据分布的规律,对每个单通道图像上表面法向量进行插值拟合。

7.一种高精度微曲面复光束光学检测系统,其特征在于,包括:图像采集模块,用于向被测物体发射光束,采集被测物体旋转过程中的光束反射图像;

图像预处理模块,用于对光束反射图像进行预处理,获得预处理图像;

旋转方向计算模块,根据预处理图像,获得被测物体的旋转方向;

法向量计算模块,根据预处理图像和旋转方向,计算被测物体的表面法向量,获得被测物体的表面法向量RGB图;

根据预处理图像和旋转方向,计算被测物体的表面法向量的具体方法为:被测物体的表面法向量与光束的照射方向、预处理图像的亮度值之间存在以下关系:T

I=KdLN

式中,I表示预处理图像的亮度值,Kd表示反射率,L表示单位化的光束的照射方向,N表T示被测物体的表面法向量,(*) 表示求转置;光束的照射方向与被测物体的旋转方向的存在相对位置关系,被测物体的旋转方向即是光束的照射方向;

则被测物体的预处理图像上任意一点有:

式中, 表示第n张预处理图像上位置坐标为(i,j)的像素点的亮度值, 表示第n张预处理图像对应的光束照射方向在空间直角坐标系中x轴、y轴、z轴上的方向分量,表示第n张预处理图像上位置坐标为(i,j)的像素点在x轴、y轴、z轴上表面法向量分量;

RGB图处理模块,对表面法向量RGB图进行处理,获得处理后的表面法向量;

深度值计算模块,根据处理后的表面法向量计算被测物体上各点的深度值,组成被测物体的深度图;

根据处理后的表面法向量计算被测物体上各点的深度值的具体方法为:被测物体的表面法向量与被测物体表面的切面垂直,则表面法向量和切面上的任意一条直线垂直;被测物体表面上任意一点(i,j)指向右侧邻域像素和下侧邻域像素的向量均位于经过该点的切面上,则指向右侧邻域像素向量为:(i+1,j,zi+1,j)‑(i,j,zi,j)=(1,0,zi+1,j‑zi,j)指向右侧邻域像素向量与表面法向量垂直,垂直方程为:整理为:

指向下侧邻域像素向量与表面法向量垂直,同理可得垂直方程为:根据右侧邻域像素向量和下侧邻域像素向量的垂直方程,则各点的深度值z表示为:Mz=v

式中,M表示矩阵系数,v表示关于表面法向量的矩阵;

曲面重建模块,根据深度图重建被测物体的曲面模型。

8.根据权利要求7所述的高精度微曲面复光束光学检测系统,其特征在于,所述图像采集模块为复光束角度传感器;所述复光束角度传感器包括激光器(1)、滤光板(2)、准直器透镜(3)、分束器(4)、柱面透镜(5)、旋转平台(6)、微透镜阵列(7)和CMOS摄像机(8);

激光器(1)发射光束,光束通过滤光板(2)上的孔洞后,由准直器透镜(3)进行准直;准直后光束经过分束器(4)弯曲后,通过柱面透镜(5)投射到被测物体上,被测物体放置在旋转平台(6)上;被测物体反射的光束通过分束器(4)聚焦在微透镜阵列(7)上,微透镜阵列(7)将反射光束分为多个光束,CMOS摄像机(8)拍摄光束反射图像;旋转平台(6)带动被测物体旋转,CMOS摄像机(8)拍摄被测物体旋转至不同角度的光束反射图像。