基於投影與多目視覺的船舶鋼板動態三維測量系統的製作方法

2024-02-22 04:17:15

專利名稱：基於投影與多目視覺的船舶鋼板動態三維測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及船舶製造過程中對船體鋼板彎曲變形的測量技術，具體是基於投影與多目視覺的船舶鋼板動態三維測量系統。
背景技術：
船舶鋼板的彎曲是船舶製造的重要環節。由於船舶用鋼板較厚，要將一塊厚鋼板精確地彎曲到設計要求的形狀是非常困難的。目前造船企業大多採用火燒之後手工敲打，然後再比對目標模型的方法。由於目前的加工方法勞動強度大、費時、精度和效率低，為此我公司研發了船舶鋼板彎曲自動化控制系統，在這個系統中必須解決的問題是如何測量船舶鋼板三維形狀，為此我公司專門研發了基於投影與多目視覺的船舶鋼板動態三維測量系統。由於鋼板表面不能加傳感器，只能採用非接觸測量法。目前，常用的非接觸測量法是雷射測量法和視覺測量法。用雷射測量法測量物體時，可以獲得精確的三維數據，但是不能一次測量出結果，需要逐點掃描，速度較慢。基於視覺的方法可以通過拍照，很快測量出物體的三維形狀，速度快，精度也較高。本發明中採用了視覺測量法，但是由於鋼板表面往往缺少紋理，並且不同的鋼板，紋理往往不同，這就給視覺測量法帶來了難題。為此本發明提出了利用高亮度工業投影儀，向鋼板表面投射高亮光斑，然後再使用相機拍攝測量的方法。

發明內容
本發明的目的是能夠提供一種不接觸鋼板表面，能自動、及時、方便、精確地測量鋼板三維形狀變化的基於投影與多目視覺的船舶鋼板動態三維測量系統。為實現上述目的，本發明的技術方案為:在被測量鋼板的上方，固定四臺1800萬像素的同步高分辨工業相機和一臺亮度為7000流明的投影儀，四臺工業相機以及投影儀通過USB數據線連接到工控機，工控機負責採集圖像數據，並將圖像數據通過網線發送給伺服器，由伺服器進行三維測量；三維測量的步驟包括:a.標定四臺相機，計算出四臺相機的內部參數，以及相機之間的旋轉矩陣和平移
向量;b.伺服器向工控機發出指令，由工控機控制四臺相機的同步拍攝鋼板圖像，四幅圖像記為/；，I\, /i與<，這裡Zj表示第i個相機拍攝的第j個圖像，i e {1，2，3，4};c.伺服器向工控機發出指令，由工控機控制投影儀投射高亮度的m行η列規則的光斑，光斑的直徑在l_2mm之間；d.伺服器向工控機發出指令，由工控機控制四臺相機的同步拍攝投影之後的鋼板圖像，得到四幅圖像，記為4，I22, I32, I42;e.將投影之後與投影之前的對應圖像相減，得到四個差分圖像，記為I2 =/22 -Z12，/3:1\ -1l，以及/4 二1\ -1；；f.利用DOG方法分別在I1，I2，I3，I4上檢測到mXn個精確的投影點中心，並利用多視幾何的理論求解出mXn個投影點所對應的三維空間坐標；g.在圖像7；，I21, I31, T14上檢測出鋼板的邊緣，計算出鋼板的四個角點，並利用多視幾何的理論求解出四個角點所對應的三維空間坐標；h.根據mXn個投影點所對應的三維空間坐標，以及四個鋼板角點，採用三維空間插值的方式，反算出NURBS曲面控制點，採用NURBS曲面生成算法生成NURBS曲面。


圖1是本發明的硬體連接圖；圖2是本發明的軟體結構圖；圖3是本發明的方法流程圖。
具體實施例方式本發明的硬體連接如圖1所示，在被測量鋼板的上方，固定四臺1800萬像素的同步高分辨工業相機和一臺亮度為7000流明的投影儀，四臺工業相機以及投影儀通過USB數據線連接到工控機上，工控機採集圖像數據，並將圖像數據通過網線發送給伺服器，由伺服器進行三維測量。四臺相機之間的距離均為60cm，投影儀放置在四個相機的中間，並與四個相機處於同一個平面，相機、投影儀、工控機安裝在同一個測量架上。本發明的軟體結構如圖2所示，在伺服器中運行著拍照控制模塊與三維曲面測量模塊；在工控機上運行著一個代理程序，該代理程序負責控制相機的開關、拍照、讀取照片、發送照片、以及控制投影儀投射高亮度光斑；伺服器上的拍照控制模塊通過通信模塊與工控機上的代理程序通信，控制著相機與投影儀的動作，三維曲面測量模塊根據拍照控制模塊獲取的圖像計算測量結果。本發明的方法流程如圖3所示:1、標定四臺相機，計算出四臺相機的內部參數，以及相機之間的旋轉矩陣和平移
向量;2、利用拍照控制模塊從伺服器向工控機代理程序發出拍照指令，在沒有投影的情況下，由工控機代理程序控制四臺相機的同步拍攝鋼板圖像，四幅圖像記為//，I2x, I31與Z14,這裡表示第i個相機拍攝的第j個圖像，i e {1,2,3,4};工控機代理程序將圖像/；, I2x, T13與Z14發送給伺服器拍照控制模塊，伺服器拍照控制模塊再將其發送給三維曲面測量模塊；3、拍照控制模塊向工控機代理程序發出指令，由工控機代理程序控制投影儀投射高亮度的m行η列的規則光斑，光斑的直徑約在l_2mm之間，為了保證精度光斑直徑不能超過2mm。確保光斑之間的距離在IOcm以上，這樣能使光斑的檢測，以及不同圖像之間光斑的匹配更加得穩定；4、拍照控制模塊向工控機代理程序發出指令，由工控機代理程序控制四臺相機的同步拍攝投影之後的鋼板圖像，得到四幅圖像，記為(I12, il, /24;工控機代理程序將i\, I12Jl, /24發送給伺服器，拍照控制模塊再將其發送給三維曲面測量模塊；5、三維曲面測量模塊將投影之後與投影之前的圖像i\, i\, il, it, i\, I22, il /24轉換為灰度圖，並將對應圖灰度像相減，得到四個差分灰度圖像，記為
權利要求
1.基於投影與多目視覺的船舶鋼板動態三維測量系統，該系統是在被測量鋼板的上方，固定四臺1800萬像素的同步高分辨工業相機和一臺亮度為7000流明的投影儀，四臺工業相機以及投影儀通過USB數據線連接到工控機，工控機負責採集圖像數據，並將圖像數據通過網線發送給伺服器，由伺服器進行三維測量。
2.根據權利要求1所述的基於投影與多目視覺的船舶鋼板動態三維測量系統，其特徵在於，所述的三維測量的步驟包括: a.標定四臺相機，計算出四臺相機的內部參數，以及相機之間的旋轉矩陣和平移向量; b.伺服器向工控機發出指令，由工控機控制四臺相機的同步拍攝鋼板圖像，四幅圖像記為J11, I1i, T13與Ti，這裡表示第i個相機拍攝的第j個圖像，i e {1，2，3，4}; C.伺服器向工控機發出指令，由工控機控制投影儀投射高亮度的m行η列規則的光斑，光斑的直徑在l_2mm之間； d.伺服器向工控機發出指令，由工控機控制四臺相機的同步拍攝投影之後的鋼板圖像，得到四幅圖像，記為<，I], I], I42; e.將投影之後與投影之前的對應圖像相減，得到四個差分圖像，記為-.P=IHI2 =I22 -A2 J3 =il -1l ,以及/4 =I42 -141., f.利用DOG方法分別在I1，I2，I3，I4上檢測到mXn個精確的投影點中心，並利用多視幾何的理論求解出mXn個投影點所對應的三維空間坐標； g.在圖像/；，If,I31, Z14上檢測出鋼板的邊緣，計算出鋼板的四個角點，並利用多視幾何的理論求解出四個角點所對應的三維空間坐標； h.根據mXn個投影點所對應的三維空間坐標，以及四個鋼板角點，採用三維空間插值的方式，反算出NURBS曲面控制點，採用NURBS曲面生成算法生成NURBS曲面。
全文摘要
本發明涉及一種船舶製造過程中對船體鋼板彎曲變形的測量系統，具體是基於投影與多目視覺的船舶鋼板動態三維測量系統。該系統是在被測量鋼板的上方，固定四臺1800萬像素的同步高分辨工業相機和一臺亮度為7000流明的投影儀，四臺工業相機以及投影儀通過USB數據線連接到工控機，工控機負責採集圖像數據，並將圖像數據通過網線發送給伺服器，由伺服器進行三維測量。本發明提供一種不接觸鋼板表面，能自動、及時、方便、精確地測量船舶鋼板三維尺寸。
文檔編號G01B11/245GK103148806SQ20111040177
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者史金龍 申請人:史金龍