專利名稱：一種熱態(tài)物體在線檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密測(cè)量領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種熱態(tài)物體在線測(cè)量技術(shù)與系統(tǒng)，用于對(duì)
熱態(tài)物體進(jìn)行三維測(cè)量。
背景技術(shù)：
熱態(tài)物體通常指那些溫度處于600 140(TC之間的紅熱狀態(tài)固體，如紅熱狀態(tài)的 熱鍛件等。隨著電力、機(jī)械、能源和化工行業(yè)的發(fā)展，用以制造大型關(guān)鍵零部件的需求越來 越大，因此許多熱態(tài)成形零件的尺寸精度成了保證重大技術(shù)裝備質(zhì)量的一個(gè)重要因素。目 前，在熱態(tài)成形行業(yè)中，產(chǎn)品的廢品率很高，生產(chǎn)中的資源浪費(fèi)情況嚴(yán)重。據(jù)美國能源部調(diào) 查，在美國鍛造工業(yè)中的廢品率大于15%，造成這種現(xiàn)象的主要原因是鍛造企業(yè)缺乏熱態(tài) 物體測(cè)量技術(shù)。 目前，在大多數(shù)企業(yè)中，仍然采用人工測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量，這種方法測(cè)量環(huán)境惡劣，
且測(cè)量精度低。近年來，非接觸式測(cè)量法在熱態(tài)成形件的測(cè)量中得到了初步應(yīng)用，常見的非
接觸式測(cè)量法一般有CCD圖像測(cè)量法、激光掃描法、結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)等。 CCD圖像測(cè)量法使用CCD將被測(cè)物體轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，以數(shù)字信號(hào)的形式傳送給
專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，計(jì)算出熱態(tài)物體的特征尺寸，達(dá)
到在線非接觸測(cè)量的目的。CCD圖像測(cè)量法具有能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程、非接觸在線測(cè)量、測(cè)量速度
快、系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是該方法只能得到工件的特征尺寸，無法測(cè)量工件表面的完整三
維數(shù)據(jù)。 2001年，美國0G Technologies, Inc.在美國能源部的資助下，開始研究熱態(tài) 物體的三維測(cè)量技術(shù)，并于2003年推出了基于HotEye的坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)(HotEye-based Coordinate Measuring Machine)，該系統(tǒng)將傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與HotEye技術(shù)結(jié)合，可以 實(shí)現(xiàn)熱態(tài)物體的快速三維測(cè)量。但是由于受到三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量空間限制，該系統(tǒng)只 能對(duì)小型零件進(jìn)行測(cè)量，且系統(tǒng)的便攜性較差，無法進(jìn)行在線測(cè)量。 此外，德國FERR0TR0N Technologies GmbH也于最近研制出了能夠?qū)釕B(tài)物體進(jìn) 行測(cè)量的LaCam測(cè)量系統(tǒng)(LaCam@Forge measuringsystem)。該系統(tǒng)使用激光掃描法，可在 熱態(tài)物體加工過程中對(duì)物體的尺寸進(jìn)行三維測(cè)量，目前在歐洲和美國的大型機(jī)械廠使用較 多。但是，該系統(tǒng)的裝置復(fù)雜、價(jià)格昂貴，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的高溫、強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)性、激光器本 身能否在這樣的環(huán)境下長期穩(wěn)定工作尚待進(jìn)一步了解。目前，還未見我國生產(chǎn)商使用該裝 置的報(bào)道。 除了上述的方法，還有所謂的"被動(dòng)偵測(cè)法"采用了信號(hào)采集器、陰極射線管和CCD 攝影機(jī)或者紅外線攝像機(jī)，從而接收從發(fā)紅的熱態(tài)被測(cè)物體自身所發(fā)射的射線。這種方法 類似于人類的視覺的應(yīng)用，其中信號(hào)接收器充當(dāng)人身上眼睛的功能。被動(dòng)偵測(cè)法卻受到了 空腔輻射效應(yīng)這種現(xiàn)象的影響?？涨惠椛湫?yīng)是由1900年P(guān)lank提出的假設(shè)，后來經(jīng)20 實(shí)際初的Einstein得到了證實(shí)。它可以影響對(duì)被測(cè)物體的真實(shí)特征的視覺觀察。更特別 的是，基于這種原理，能自我輻射的被測(cè)物體的凹表面特征看起來像完整的黑體。此外，由于光線是自我輻射的，很容易帶來一些并不需要的信息。通過這種方法得到的圖像一般來 說不適合自動(dòng)化機(jī)器的視覺應(yīng)用。 另外一種較早的技術(shù)方法，即所謂的"主動(dòng)法"采用了可以投射到紅熱被測(cè)物體的 外部燈光。 一個(gè)照相機(jī)用于采集從物體表面反射的以及自我輻射的射線。在這種方法中， 其主要思想是用一種更強(qiáng)外部射線來覆蓋物體本身輻射的射線。換句話說，反射的光線在 主要的自我輻射射線的光譜范圍之內(nèi)，但是在強(qiáng)度上是可以區(qū)分的。外部光線可以設(shè)計(jì)成 可以突出表面凹處、輪廓的表面信息。外部光線可以由各種如激光或高功率燈等光線生成 設(shè)備提供。然而"主動(dòng)法"也存在一些問題。首先，很少光源可以提供強(qiáng)于135(TC被測(cè)物體 所輻射的射線。其次，自我輻射的射線仍然會(huì)表現(xiàn)出一種問題它會(huì)降低反射射線的信號(hào)質(zhì) 量。信噪比(外部光線/自我輻射射線)普遍比較低，除非很強(qiáng)的光源被采用。最后，這些 外部光源在工作環(huán)境中可能有所不便，因?yàn)楣庠刺^強(qiáng)烈。 激光也被作為一種可以壓制從紅熱物體自我發(fā)射射線的光源。激光可以提供很高
的功率強(qiáng)度用以減少自我輻射射線的作用。例如，銅基激光(發(fā)射550nm)應(yīng)用于壓制激光
焊接熔池(溫度大約300(TC )處自我輻射230nm 長紅外線光譜范圍內(nèi)的射線。 另外一種較早的技術(shù)方法在電弧焊(溫度大約250(TC)中使用可以輻射處
275nm 長紅外線光譜范圍內(nèi)的YAG激光(1060nm)。但是激光的使用形成了大量的問題。
當(dāng)激光提供高功率強(qiáng)度時(shí)，激光照射的面積很小。因此，當(dāng)激光被用于照射光源時(shí)，普遍采
用了光柵掃描。此外，這種高功率的激光相當(dāng)昂貴、體積龐大，形成各種風(fēng)險(xiǎn)。還有，為了操
作基于激光的系統(tǒng)，用戶必須用遮光罩及其它的保護(hù)裝置來保護(hù)自身。 基于以下幾個(gè)因素，在被動(dòng)偵測(cè)法視覺系統(tǒng)中紅外線傳感器或照相機(jī)的使用其價(jià)
值也有限。首先，紅外線傳感器/照相機(jī)提供分辨率大大小于同等的CCD。其次，由于紅外
線波長的緣故紅外線不能像可見光一樣聚焦。最后，使用紅外線傳感器/照相機(jī)不能解決
與光照及之前提到的空腔輻射效應(yīng)有關(guān)的問題。 現(xiàn)在雖然已經(jīng)有了把被動(dòng)偵測(cè)法和"主動(dòng)法"相結(jié)合的嘗試，但是這種方法不能解 決由自我輻射和空腔輻射效應(yīng)產(chǎn)生的問題。 在過去，在紅外線和可見光之間的區(qū)別成了解決與紅熱被測(cè)物體強(qiáng)光有關(guān)的問題 的重點(diǎn)。這種方法的構(gòu)思是有缺陷的，因?yàn)榧t熱被測(cè)物體可以輻射出紅外線和可見光。例 如，鋼鐵在120(TC輻射650nm左右的射線，即鋼鐵在發(fā)紅的時(shí)候也會(huì)發(fā)射紅外線。此外，假 如自我輻射射線不能從采集的信號(hào)中移除，由自我輻射射線產(chǎn)生的干擾會(huì)影響從紅熱被測(cè) 物體采集詳細(xì)而精確的表面信息。之前的技術(shù)方法缺乏有效的從紅熱被測(cè)物體采集的信號(hào) 中移除自我輻射射線的有效方法，而且便攜性較差。這個(gè)問題已經(jīng)限制了這種設(shè)備在特定 方面的應(yīng)用。便攜式的設(shè)備對(duì)只需要檢測(cè)紅熱被測(cè)物體而不需要進(jìn)行定量測(cè)量的用戶來說 是比較合適的。在之前技術(shù)支持的設(shè)備中使用的外部光源太強(qiáng)，所以風(fēng)險(xiǎn)較大、也不適合便 攜。總之之前的技術(shù)方法的價(jià)值有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱態(tài)物體在線檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)處于高溫條件 下的物體進(jìn)行快速、精確的在線測(cè)量，獲得其表面的三維數(shù)據(jù)。 本發(fā)明提供的一種熱態(tài)物體在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括第一、第二CCD相機(jī)，DLP投影儀，第一、第二帶通濾光器，圖像采集卡，計(jì)算機(jī)和支架；第一、第二CCD相 機(jī)與DLP投影儀固定在同一塊金屬板上，第一、第二濾光片分別安置于第一、第二 CCD相機(jī) 的前面，第一、第二 CCD相機(jī)的光心軸與DLP投影儀的光心軸夾角在20至60度之間，金屬 板上采用外殼封裝，金屬板下面由支架支撐； DLP投影儀向紅熱狀態(tài)的被測(cè)物體投影藍(lán)色的正弦光柵，由第一、第二 CCD相機(jī)同 步采集由被測(cè)物體反射的已變形的藍(lán)色正弦光柵，拍攝的正弦光柵圖像經(jīng)圖像采集卡傳送 給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到被測(cè)物體的三維數(shù)據(jù)。 本發(fā)明在熱態(tài)物體的特殊情況下，根據(jù)熱態(tài)物體的光譜特性，改變投射的光柵圖 像的顏色，并在CCD相機(jī)前添加合適的濾光片，以減小熱態(tài)物體對(duì)拍攝的光柵圖像質(zhì)量的 影響，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，精確測(cè)量工件局部范圍內(nèi)復(fù)雜曲面的密集點(diǎn)云數(shù) 據(jù)。具體而言，本發(fā)明系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn) (l)可以采用DLP投影儀對(duì)熱態(tài)物體投射光線，通過CCD相機(jī)前添加的濾光片濾除
反射光線中熱態(tài)物體自身輻射的射線，從而減少熱態(tài)物體對(duì)光柵圖像質(zhì)量的影響。 (2)本發(fā)明為結(jié)構(gòu)光三維掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用基于數(shù)字光學(xué)投影的結(jié)構(gòu)光測(cè)系
統(tǒng)作為測(cè)量終端，精確測(cè)量工件局部范圍內(nèi)復(fù)雜曲面的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。


圖1為基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)的熱態(tài)物體的三維測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為光柵掃描系統(tǒng)對(duì)熱態(tài)物體掃描示意圖； 圖3為熱態(tài)物體表面溫度與波長關(guān)系； 圖4為計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的流程圖； 圖5為極線約束的原理圖； 圖6為極線約束的匹配算法原理圖； 圖7為雙目立體視覺圖。
具體實(shí)施例方式
由于在不同的溫度下物體表面輻射的射線的波長不同，參照?qǐng)D3，可以看出當(dāng)高溫 物體處于140(TC左右時(shí)，其表面輻射出波長約550nm的射線，同時(shí)通過研究DLP投影儀可 投射的可見光波長范圍。當(dāng)CCD相機(jī)物體表面接受的反射光成分比較單一時(shí)就可以得到物 體表面清晰的三維數(shù)據(jù)，所以濾除物體本身所輻射的射線對(duì)三維數(shù)據(jù)的質(zhì)量有相當(dāng)大的影 響。由此可以考慮，當(dāng)投影儀投射合適可見光，并且使用合適的濾光鏡，對(duì)物體表面自身反 射射線進(jìn)行截止，同時(shí)可以讓投影儀投射的可見光通過，使結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)可以達(dá)到常溫 條件下掃描的效果。本發(fā)明中投影儀對(duì)物體投射約440 485nm的藍(lán)光，同時(shí)采用了帶通 濾光玻璃，也叫濾光片，這是一種帶寬比較窄，短波和長波有明顯截止的玻璃，通過對(duì)比研 究本發(fā)明采用相應(yīng)的濾光片型號(hào)。濾光片可以對(duì)約340nm以下短波和約540nm以上長波完 全截止，故可以濾除高溫物體表面輻射光線時(shí)，使結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)可以達(dá)到常溫條件下掃 描的效果。 下面通過借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā) 明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括第一、第二 CCD相機(jī)101和102、 DLP投影儀103、第 一、第二帶通濾光玻璃104和105、圖像采集卡106、計(jì)算機(jī)107和支架108，本實(shí)例中支架 108采用移動(dòng)式三腳架。其中第一、第二 CCD相機(jī)101和102與DLP投影儀103固定在同一 塊金屬板上，第一、第二濾光片104和105分別安置于CCD相機(jī)101和102的前面，第一、第 二 CCD相機(jī)101和102的光心軸與DLP投影儀103的光心軸夾角在20至60度之間，金屬 板上采用外殼封裝，金屬板下面由移動(dòng)式三腳架支撐，這樣整個(gè)設(shè)備便可自由的在室內(nèi)移 動(dòng)測(cè)量。 如圖2所示，本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程為首先由DLP投影儀103向紅熱狀態(tài)的被測(cè) 物體201投影藍(lán)色的正弦光柵202，被測(cè)物體201可以是碳鋼零件，也可以鈦合金，也可以是 陶瓷零件等。然后由第一、第二 CCD相機(jī)101和102同步采集由被測(cè)物體201反射的已變 形的藍(lán)色正弦光柵，將拍攝得到的變形黑白正弦光柵經(jīng)圖像采集卡106傳送給計(jì)算機(jī)107 進(jìn)行計(jì)算，從而得到被測(cè)物體201的三維數(shù)據(jù)。然而，在物體的加工過程中，一般溫度約在 140(TC左右，物體呈紅熱狀態(tài)，因此零件本身會(huì)輻射大量射線，而這些射線中包含了波長在 500nm以上的非藍(lán)色可見光，如圖2所示，零件會(huì)反射DLP投影儀所投射的光線203，其反射 光線和高溫零件自我輻射射線中的部分射線形成了反射光線204(也包含了一些周圍環(huán)境 中的光線，圖中未標(biāo)明)，這些可見光同樣會(huì)被CCD相機(jī)101和102拍攝到，從而影響了后續(xù) 的三維數(shù)據(jù)計(jì)算。帶通濾光玻璃是一種帶寬比較窄，短波和長波有明顯截止的玻璃，它們的 光譜特性由透射比的最大值及其波長位置，短波截止波長，長波截止波長和半寬度來表示。 根據(jù)被測(cè)物體自我反射射線的波長，可以選擇相應(yīng)的帶通濾光玻璃濾除自我反射射線。因 此，本系統(tǒng)在CCD相機(jī)101和102前分別安裝了第一、第二帶通濾光玻璃104和105，兩片帶 通濾光玻璃的功能則是令波長在380nm至480nm間的藍(lán)色可見光通過，且濾掉波長在500nm 以上以及340nm以下的非藍(lán)色可見光，這樣CCD相機(jī)便能拍攝到質(zhì)量較好的變形藍(lán)色正弦 光柵，得到變形黑白正弦光柵，從而正確的計(jì)算出熱態(tài)物體的三維數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集完畢后便開始計(jì)算三維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理詳細(xì)過程如圖4所示，其過程為
(1)計(jì)算機(jī)首先對(duì)變形黑白正弦光柵進(jìn)行三步相移解相。 DLP投影儀103連續(xù)快速的投射出的黑白正弦光柵，當(dāng)投影正弦光柵到被測(cè)物體
表面時(shí)，在物體表面上形成變形光柵，假設(shè)投影正弦光柵是標(biāo)準(zhǔn)正弦分布，則變形光柵圖像
的光強(qiáng)分布函數(shù)為
"x，力=>>) + 6(x，力cos[伊O,力+ e]} ( 1 ) 其中I(x，y)為被測(cè)物體(x，y)點(diǎn)上的光強(qiáng)，a(x，y)為背景光的光強(qiáng)，b (x， y)為 正弦光柵峰值的光強(qiáng)，K = 2ji/A稱為波系數(shù)，其中，A為投影正弦光柵的波長，爐Oc,力為
(x，y)點(diǎn)的相位，9為光柵移動(dòng)的相位值。三步相移法在投射正弦光柵時(shí)，正弦光柵會(huì)在 柵線的垂直方向上平移柵距的1/3，則式(1)的光強(qiáng)表達(dá)式中相位將移動(dòng)2Ji/3，當(dāng)正弦光 柵等距離平移2次，每個(gè)CCD相機(jī)將獲得3幅圖像，分別為光柵未平移時(shí)、光柵平移柵距的 1/3時(shí)和光柵平移柵距的2/3時(shí)得到的圖像，記i為圖像的序號(hào)，分別取值為1、2或3，則第
i幅圖像的光強(qiáng)函數(shù)為
取力=力+ 6(x,力cos[pO,力+ <9]} ( 2 )進(jìn)行三步相移后，各步光強(qiáng)函數(shù)為
<formula>formula see original document page 7</formula>由式(3)至(5)可得
<formula>formula see original document page 7</formula>
L、l2、l3分別為在光柵未平移時(shí)、光柵平移柵距的1/3時(shí)和光柵平移柵距的2/3時(shí) 相機(jī)拍攝的圖像上像素(x，y)的光強(qiáng)。 這樣就可以計(jì)算出圖像中每個(gè)像素的相對(duì)相位值^ (又稱相位主值)，在一個(gè)相位 周期內(nèi)它是單調(diào)遞增的，但是在整個(gè)測(cè)量空間中該值不唯一，因此無法直接通過相位主值 來尋找相機(jī)圖像上的匹配點(diǎn)，這樣便不能進(jìn)行立體重構(gòu)。 (2)利用基于極限約束的立體匹配算法獲取兩個(gè)CCD相機(jī)所拍攝的圖像的匹配 點(diǎn)； 此處采用一種基于極線約束的立體匹配算法。極線約束原理如圖5所示，被測(cè)點(diǎn) P為CCD相機(jī)101U02所拍攝，其拍攝圖像分別為301、302。同時(shí)被測(cè)點(diǎn)P在CCD相機(jī)101 拍攝的圖像301上的像點(diǎn)為P"在CCD相機(jī)102拍攝的圖像302上的像點(diǎn)為P2。并且和 02分別與CCD相機(jī)101和102的光心點(diǎn)，直線與圖像301和圖像302的交點(diǎn)ei和e2為 極點(diǎn)，平面POA與圖像301和圖像302的交線為極線L和12，則易知極線L 一定通過極點(diǎn) ep極線12 —定通過極點(diǎn)A，像點(diǎn)P工 一定在極線L上，像點(diǎn)P2在極線12上，即可以通過圖 像301上的點(diǎn)P工坐標(biāo)在圖像302上求出與P工對(duì)應(yīng)的極線方程。
該系統(tǒng)中立體匹配算法如圖6所示 計(jì)算時(shí)取CCD圖像301中的某一點(diǎn)Pp根據(jù)極線約束原理，可以在DLP投影儀103 的投影圖像303上確定一條極線13，同時(shí)在投影圖像303中至少可找到兩條與P工點(diǎn)具有相 同相位主值的直線131和132，極線13與直線131和132交于點(diǎn)P31和P32。最后，P31和P32 可以在圖像302上找到對(duì)應(yīng)的極線12、 121和122。在這三條極線中，會(huì)有兩條線在圖像302 上相交于一點(diǎn)P2，則P2為P工的匹配點(diǎn)，同時(shí)P2也是P點(diǎn)在圖像302上的像點(diǎn)。
①計(jì)算時(shí)取圖像301中的某一點(diǎn)P工； ②根據(jù)極線約束原理，可以在DLP投影儀103的投影圖像303上確定一條極線13， 同時(shí)在投影圖像303中至少可找到兩條與P工點(diǎn)具有相同相位主值的直線131和132，極線13 與直線131和132交于點(diǎn)P^和P32。 ③最后，P31和P32可以在圖像302上找到對(duì)應(yīng)的極線12、 121和122。在這三條 極線中，會(huì)有兩條線在圖像302上相交于一點(diǎn)P2，則P2為P工的匹配點(diǎn)，同時(shí)P2也是P點(diǎn)在 圖像302上的像點(diǎn)。
(3)匹配完成后便可使用雙目立體視覺原理進(jìn)行點(diǎn)云重構(gòu)，計(jì)算出被測(cè)物體表面 的三維點(diǎn)坐標(biāo)。 如圖7所示，空間點(diǎn)P在世界坐標(biāo)系0wXwYwZw下的坐標(biāo)值為(Xw， Yw， Zw)，圖像301 上P點(diǎn)的像點(diǎn)Pi的圖像坐標(biāo)為(u" Vl)，通過小孔成像模型，可以列出P點(diǎn)從圖像坐標(biāo)到世 界坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系方程(8)，其中M^^)包含了CCD相機(jī)103的內(nèi)外部參數(shù)。圖像302上 像點(diǎn)P2的圖像坐標(biāo)為(u2， v2)。同樣也可以列出方程(9)，其中M2(3X4)包含了 CCD相機(jī)104 的內(nèi)外部參數(shù)。根據(jù)方程(8)和(9)計(jì)算出被測(cè)物的三維坐標(biāo)(XW，YW，ZW)。 <formula>formula see original document page 8</formula> <formula>formula see original document page 8</formula>
本系統(tǒng)提供了一種適合在線檢測(cè)熱物體的結(jié)構(gòu)光三維掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)處 于高溫條件下的物體進(jìn)行快速掃描，通過對(duì)掃描光柵的解相，然后開始匹配，最后進(jìn)行點(diǎn)云 重構(gòu)，獲得其表面的三維數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
一種熱態(tài)物體在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括第一、第二CCD相機(jī)(101、102)，DLP投影儀(103)，第一、第二帶通濾光器(104、105)，圖像采集卡(106)，計(jì)算機(jī)(107)和支架(108)；第一、第二CCD相機(jī)(101、102)與DLP投影儀(103)固定在同一塊金屬板上，第一、第二濾光片(104、105)分別安置于第一、第二CCD相機(jī)(101、102)的前面，第一、第二CCD相機(jī)(101、102)的光心軸與DLP投影儀(103)的光心軸夾角在20至60度之間，金屬板上采用外殼封裝，金屬板下面由支架(108)支撐；DLP投影儀(103)向紅熱狀態(tài)的被測(cè)物體投影藍(lán)色的正弦光柵，由第一、第二CCD相機(jī)(101、102)同步采集由被測(cè)物體反射的已變形的藍(lán)色正弦光柵，拍攝的正弦光柵圖像經(jīng)圖像采集卡(106)傳送給計(jì)算機(jī)(107)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到被測(cè)物體的三維數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱態(tài)物體在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于計(jì)算機(jī)(107)進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理的過程為第1步計(jì)算機(jī)首先對(duì)正弦光柵圖像進(jìn)行三步相移解相，得到正弦光柵圖像中任一像素 (x， y)的相位點(diǎn)相位;每個(gè)CCD相機(jī)拍攝3幅圖像，分別為光柵未平移時(shí)、光柵平移柵距的1/3時(shí)和光柵平 移柵距的2/3時(shí)得到的圖像，則在光柵未平移時(shí)、光柵平移柵距的1/3時(shí)和光柵平移柵距的 2/3時(shí)CCD相機(jī)拍攝的圖像上像素(x， y)的光強(qiáng)I!、 12和13分別為:式中，a(x， y)為被測(cè)物體上像素(x， y)的背景光的光強(qiáng)，b(x， y)為被測(cè)物體上像素 (x，y)的正弦光柵峰值的光強(qiáng)，K二2Ji/A稱為波系數(shù)，A為投射光柵的波長，^Oc，力為像 素(x， y)的相位;由式(I)至(III)得到像素(x， y)的相位:第2步第一、第二CCD相機(jī)(101U02)分別拍攝被測(cè)點(diǎn)P的圖像，分別稱為第一圖像 (301)、第二圖像(302)，再按照下述過程獲取二個(gè)CCD相機(jī)所拍攝圖像的匹配點(diǎn)① 計(jì)算時(shí)取第一圖像(301)中的某一點(diǎn)P工；② 根據(jù)極線約束原理，在DLP投影儀投影的投影圖像(303)上確定一條極線13，同時(shí)在 投影圖像(303)中至少找到兩條與P工點(diǎn)具有相同相位主值的直線131和132，極線13與直線 131和132交于點(diǎn)P31和P32 ;③ PA和&2在第二圖像(302)上找到對(duì)應(yīng)的極線12、121和122 ;在這三條極線中，會(huì) 有兩條線在第二圖像(302)上相交于一點(diǎn)P2，則P2為P工的匹配點(diǎn)，同時(shí)P2也是P點(diǎn)在第二 圖像(302)上的像點(diǎn);第3步匹配完成后使用雙目立體視覺原理進(jìn)行點(diǎn)云重構(gòu)，計(jì)算出被測(cè)物體表面的三維 點(diǎn)坐標(biāo)。A:{a(x， >>) + 6(x,力cos[p(x,力]}:一(x，力+ 6(x，力cos[伊(x， >>) + 2;r / 3]} :力+ 6(jc，力eos[伊O， >>) + 4;r / 3]}(I )(II)(III)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱態(tài)物體在線檢測(cè)系統(tǒng)，二個(gè)CCD相機(jī)，DLP投影儀，二個(gè)帶通濾光器，圖像采集卡，計(jì)算機(jī)和支架；CCD相機(jī)與DLP投影儀固定在同一塊金屬板上，濾光片分別安置于CCD相機(jī)的前面，CCD相機(jī)的光心軸與DLP投影儀的光心軸夾角在20至60度之間，金屬板上采用外殼封裝，金屬板下面由支架支撐；DLP投影儀向紅熱狀態(tài)的被測(cè)物體投影藍(lán)色的正弦光柵，由二個(gè)CCD相機(jī)同步采集由被測(cè)物體反射的已變形的藍(lán)色正弦光柵，拍攝的正弦光柵圖像經(jīng)圖像采集卡傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到被測(cè)物體的三維數(shù)據(jù)。本發(fā)明結(jié)合結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，精確測(cè)量工件局部范圍內(nèi)復(fù)雜曲面的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可以對(duì)處于高溫條件下的物體進(jìn)行快速、精確的在線測(cè)量，獲得其表面的三維數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B11/25GK101726258SQ200910273179
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者史玉升, 周剛, 張煒, 朱曉鵬, 李中偉, 湛承誠, 王從軍, 鐘凱, 黃奎 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)