适用于三维变形的棱镜散斑单目实时测量方法

技术特征：
1.适用于三维变形的棱镜散斑单目实时测量方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，确定棱镜与相机光心的距离，使得相机平面包含需要观测的全部物体，且物体图像充分占据两个相机平面，即获得有效的fov；步骤2，采集标定板图像；步骤3，求解相机内外参数：利用所采集的棱镜成像图像，依据图像像素大小进行分割获得左右视图，采用双目标定方法，获得相机的外参数r、t，以及内参数u0、v0、α
x
、α
y
、β；步骤4，向被测材料喷射散斑；步骤5，采集变形前后散斑图；步骤6，依据步骤3相机标定得到的相机内外参数，以及步骤5采集的待测材料散斑图，采用orb beblid算法进行左右视图像素点的匹配，orb算法检测特征点，beblid对检测到的特征点进行描述；然后根据三角测量原理，计算待测材料表面的深度，进而重建待测材料的整个三维轮廓，获得三维坐标信息；步骤7，对待测材料变形前，执行步骤6；在待测材料变形后，再次执行步骤6；将变形前后获得的三维坐标对应维度相减，即可获得每一个维度上的变形信息。2.根据权利要求1所述的适用于三维变形的棱镜散斑单目实时测量方法，其特征在于：所述步骤2采集标定图像需满足如下条件：(a)标定板一边的棋盘格数与另一边的必须奇偶互斥；(b)标定板与相机光轴的倾角不超过45度；(c)标定板图像占界面三分之一。3.根据权利要求2所述的适用于三维变形的棱镜散斑单目实时测量方法，其特征在于：所述步骤3中，相机外参的旋转矩阵r为一个单位矩阵:令b表示双目视觉的基线长度，则平移向量t在理想情况下应该为:4.根据权利要求3所述的适用于三维变形的棱镜散斑单目实时测量方法，其特征在于：所述步骤6中，orb算法用来检测特征点，beblid描述子用来描述特征点完成匹配，orb特征检测采用的fast算法，对于图像中检测到的特征点，beblid描述符d(w)为：其中，a是一个对称矩阵，；h(x)是k个弱学习者对图像patch的w响应向量。5.根据权利要求4所述的适用于三维变形的棱镜散斑单目实时测量方法，其特征在于：所述步骤7中采用如下公式对被测物体表面某一待测点p(x
w
,y
w
,z
w
)进行重建：
其中，p(x
w
,y
w
,z
w
)为待测点的世界坐标，(u1,v1)为待测点在左视图中的像素坐标，(u2,v2)为待测点在右视图中的像素坐标，分别为虚拟左右相机的投影矩阵，其中i取1～3，j取1～4，如下公式表示的是像素坐标到世界坐标之间的转换关系，由相机内参和外参组成：其中,m为k[r|t],z
c
为比例因子,相机外参包括一个旋转矩阵r和平移矩阵t，相机内参为k，标定后公式参数如下:其中，u0,v0是相机的光学中心，即相机光轴与图像平面交点坐标；α
x
、α
y
是在图像坐标系(x,y)方向上每毫米的像素量；β是倾斜参数，由于图像坐标系与两个坐标轴互相正交而产生的。6.根据权利要求5所述的适用于三维变形的棱镜散斑单目实时测量方法，其特征在于：所述步骤6中采用的三角测量原理公式如下：其中，f为相机焦距，b为左右相机基线长度，d为立体匹配得到的视差。

技术总结
本发明公开了一种适用于三维变形的棱镜散斑单目实时测量方法，可用于工业制造中材料表面的变形测量，包括以下步骤：确定棱镜位置；采集标定板图像；求解相机内外参数；对被测材料喷射散斑；采集变形前后散斑图；对散斑图像匹配，BEBLID检测描述特征点，完成立体匹配三维重建；计算变形参数。本发明使用单相机与棱镜实现工件表面三维变形的测量与显示，设备成本低，适用于狭小空间；此外，可改善双目相机采集图像不同步的问题，并且非常适用于高速相机拍摄图像待处理的现场。拍摄图像待处理的现场。拍摄图像待处理的现场。


技术研发人员：杨延西 田皓欣 邓毅 陈妍冰
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2022/5/25