[发明专利]一种应用于卷烟条盒烟包尺寸测量的三维检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维检测技术，具体是一种基于计算机视觉和结构光结合的卷烟条盒烟包尺寸测量的三维检测方法。

背景技术

卷烟条盒内不必要的空间体积与卷烟条盒外体积的比率称为卷烟包装空隙率。卷烟产品在生产、装箱、运输环节中，若空隙率过大或过小，烟包间将相互摩擦与挤压，造成产品外形受损，严重影响企业形象。为控制空隙率指标，卷烟企业需定期检测条盒、烟包三维尺寸，提升产品竞争力。目前，该参数的检测方法尚停留在人工抽检阶段，多采用钢尺、游标卡尺等工具进行接触式测量，易造成检测对象表面形变，精度低、效率低。

发明内容

本发明的目的正是基于上述现状而发明了一种基于计算机视觉和结构光结合的卷烟条盒烟包尺寸测量的三维检测方法。该方法利用计算机视觉技术，通过采集结构光在检测样品上的反射图像，利用图像分析技术分析结构光的外形特征，由结构光特征反演样品空间尺寸，实现样品空间点云获取，最终通过拟合边缘、角点等实现样品三维尺寸测量。

 本发明的发明机理在于：其结构光技术，主要利用光学三角法原理，是一种主动三维传感技术。该技术将一定模式的结构光图案投射到待测物体表面，形成因物体表面形状调制的二维变形图像，当光学投影系统与成像系统之间相对位置一定时，由变形二维图像可恢复物体表面三维轮廓。该技术用于卷烟条盒烟包测量时，通过一组或多组结构光以特定角度照射样品，获取富含三维信息的变形图像。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明方法基于计算机视觉和结构光结合技术，针对特定结构光投影条件下获取的多组样品图像，提取图像中的结构光信息，经过特殊的图像变换后得到样品的点云数据，最后由重建的三维模型自动给出样品的尺寸信息及空隙率、方正度等指标，从而综合实现卷烟条盒烟包尺寸的自动测量，该方法主要包括图像获取、图像处理、图像变换和三维重建，技术内容具体如下：

 (1)所述的图像获取是指通过相机获取结构光投影下的样品数字影像，待测样品置于测量平台上，无需照明环境，测量平台每隔固定时间旋转一定角度，相机自动采集视场内的样品图像，并发送到图像处理模块。

相机获取结构光投影下的样品数字影像过程的具体步骤如下：测试样品置于测量平台上，结构光测量面投影交于样品旋转中心，并与测量平台垂直；结构光分别在样品的调制下，在样品的表面产生“1”折线，通过透视逆变换可以计算得到该“1”折线每一段的长度，即获得了结构光照射位置的样品空间坐标；每隔3.6度旋转测试样品，结构光分别照射到2、3、4，…，位置，分别测量该位置的空间坐标；旋转一周后，共获取100幅图像；将每幅图像处理得到的样品空间坐标按照其旋转角度组合到一起，即构成了测试样品的空间坐标点云。

 (2)所述的图像处理是指使用计算机中的图像处理算法，获取待测样品图像后，滤除原始图像中的噪声、背景等无用信息，经过必要的去噪、滤波、畸变矫正、场曲还原、图像增强等图像前期处理后，基于特定颜色分割算法分割结构光条，提取光条中心，最终获取一组光条中心图像序列。

 (3)所述的图像变换是指根据图像坐标系和所设计世界坐标系的逆转换公式，对光条中心图像序列进行透视逆变换，得到样品轮廓线的空间坐标。该转换的公式通过对已知尺寸的标准件进行多次成像，由标准件的各坐标系坐标推导而得。

 (4)所述的三维重建是指对各角度下的图像序列经上述处理后，获取样品3D坐标点云数据，并借助OpenGL、DirectX等工具按照重构原理重建样品三维模型，经算法计算后自动测量目标尺寸。

本发明的工作原理如下： 本发明在特定的结构光投射下得到各角度烟包样品图像，通过必要的图像处理获取一组或多组待分析样品图像，经光条中心提取和适当修复后获取光条中心图像序列。最后根据透视逆变换公式，由图像序列提取各轮廓线空间点云数据，重构样品三维形貌，实现卷烟条盒烟包尺寸测量和空隙率等指标的输出。

本发明的工作流程如下：启动测量软件，打开结构光投影器，将待测样品放入测量平台。操作测量软件，获取各角度样品图像，一系列图像处理算法处理后，重建样品三维模型，并自动输出相应指标数据。测量完成后，取出样品，关闭软件。