[发明专利]大型曲面板测量中圆形标记物的精确定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维测量，特别涉及到船舶建造时大型曲面板的自动检测，具体是对核心技术圆形标记物进行精确定位的方法。

背景技术

目前，三维测量技术主要包括接触式测量及非接触式测量两类。针对海洋工程装备中的大尺度目标，只能采用非接触式三维测量技术。非接触式三维测量技术包括两类：视觉照相三维测量、激光三维测量。照相三维测量系统具有测量速度快、测量密度高的优点。激光测量系统具有测量精度高的优点，但在测量大尺度目标时，激光扫描速度较慢，无法达到工业生产中的实时性要求。在加工大尺度船舶机舱、艏、艉和过渡段的曲面以及制造海洋工程装备大尺度钢结构时，需要精确、快速地测量曲面的三维数据，因此需要采用相机测量技术。

   国内,基本上采用激光方法测量大尺度的物件，虽然该方法精度高，但是低速、低密度的缺点使得激光测量技术无法满足大尺度工件工业加工生产的要求。一些大型船舶骨干企业及研究机构在全站仪激光三维测量、人工划线定位、曲面钢板水火三维成型技术等方面开展了相应的研究工作，但并未有成熟可用的产品。而基于照相的大尺度三维测量技术仍然停留在学术研究阶段。

   在视觉测量中。立体匹配是其实现的关键技术之一。一般的立体匹配的方法都依赖于利用像素点的灰度或颜色值，以及其邻域内的纹理信息在另外一个视角中寻找对应的像素点。如果所重建的场景中没有丰富的颜色或者纹理信息，例如船舶制造中的大型曲面弯板，立体匹配将产生很大的误差。为了解决这个问题，可以往场景中添加一些特殊的标记物来降低立体匹配的难度。所以标记物的检测在视觉测量中有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种新的大型曲面板测量中圆形标记物的精确定位方法。本发明的圆形标记物精确定位方法用于准确测定测量装置的控制位置，不受自然光照、照相角度和曝光时间等外界因素的影响，以适应复杂环境和工业要求。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

大型曲面板测量中圆形标记物的精确定位方法，其特征在于，大型曲面板测量时用到的设备包括有全局测量装置和局部测量装置，所述的全局测量装置包括由两台第一工业相机和一台进行存储和分析的高性能服务器，两台第一工业相机分别通过1394线和1394卡连接服务器，局部测量装置包括有两台第二工业相机和一台投影仪，两台第二工业相机分别通过1394线和1394卡连接服务器，所述的投影仪通过USB线连接至服务器，所述局部测量装置为布置在大尺寸曲面板后面的可移动装置，在所述的局部测量装置后面设有全局测量装置，在所述的具备测量装置上安装有特定标记物，该特定标记物为圆形发光二极管；该圆形标记物的精确定位方法包括有：

第一步，在局部测量装置上安装圆形标记物；

第二步，通过全局测量装置上的两台第一工业相机分别对含有圆形标记物的局部测量装置进行拍照，并将拍照结果通过1394线和1394卡传输至服务器中；

第三步，在服务器中，采用模板匹配法对照片中的圆形标记物进行检测，检测结果采用矩形框在图像中标识，以实现圆形标记物的粗定位；

第四步，采用混合HOUGH变换的最小二乘拟合圆方法对圆形标记物进行精确定位；

第五步，获得圆形标记物的精确定位数据，实现对局部测量装置的测量结果的拼接，以精确测量大尺寸曲面板。

在本发明的大型曲面板测量中圆形标记物的精确定位方法中，所述第三步中用于圆形标记物粗定位的模板匹配法是将包含目标图像的模板在搜索区中滑动，计算模板图像与其覆盖区图像的相关值，相关值采用归一化平方差值为计算值指标，如公式（1）所示，匹配最好的区域的中心即认为是圆形标记物的中心。

在本发明的大型曲面板测量中圆形标记物的精确定位方法中，在更进一步设计中，在第三步中按一定的准侧计算模板图像与其覆盖区图像的相关值，具体是采用归一化平方差匹配法作为模板匹配的匹配模式，设定模板                                                大小为 ， 待搜索图像为，计算图像中各个像素的归一化平方差值如公式（1）所示：

          （1）

其中和分别表示模板和搜索图像的灰度值，在搜索图像中，值最小处即为匹配点。

在本发明的大型曲面板测量中圆形标记物的精确定位方法中，所述第四步的精确定位方法包括：