[发明专利]一种基于三维视觉的圆柱面半径测量方法

权利要求书

1.一种基于三维视觉的圆柱面半径测量方法，其特征在于：包括：

S1、通过三维视觉测量系统获取圆柱面的三维点云数据，所述三维视觉测量系统由投影仪和摄像机组成；

S2、采用平行平面将圆柱面的三维点云数据分割成二维平面数据；

S3、采用基于角度的排序算法将二维平面数据展开为一维点序列；

S4、对一维点序列进行超限中值滤波和二次滤波，从而得到去除噪声后的一维点序列；

S5、根据得到的去除噪声后的一维点序列进行椭圆拟合和圆拟合，从而得到圆柱面不同位置截面的半径大小；

所述步骤S1，其具体为：

采用摄像机和投影仪搭建基于条纹结构光和主动立体视觉技术的三维视觉测量系统，然后通过三维视觉测量系统依次进行系统标定、条纹投影与采集、绝对相位获取和对应点匹配，最终获取圆柱面的三维点云数据；

所述步骤S2，其具体为：

采用一组平行平面将三维点云数据分割成多组二维平面数据，所述平行平面垂直于X轴，其中，X轴为圆柱面的中心轴；

所述步骤S5，其具体为：

S51、对去除噪声后的一维点序列进行椭圆拟合，得到椭圆中心点，然后对椭圆中心点进行空间直线拟合，求出圆柱面的第一中心轴；

S52、将圆柱面的第一中心轴以及圆柱面的三维点云数据旋转至与X轴平行；

S53、对旋转后圆柱面的三维点云数据重新执行步骤S2～S4，得到去除噪声后与X轴平行的一维点序列；

S54、对去除噪声后与X轴平行的一维点序列进行圆拟合，得到圆中心点，然后对圆中心点进行空间直线拟合，求出圆柱面的第二中心轴及相应的圆半径；

S55、判断圆柱面的第二中心轴与X轴的夹角是否小于设定的判断阈值，若是，则以求出的圆半径作为圆柱面不同位置的半径大小，反之，则在将圆柱面的第二中心轴以及圆柱面的三维点云数据旋转至与X轴平行之后返回步骤S53。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维视觉的圆柱面半径测量方法，其特征在于：所述步骤S3，其包括：

S31、根据步骤S2所获得的数据进行圆拟合，得到圆中心点，并将该圆中心点定义为基点o，然后构造一个过基点o且方向沿X轴正向的基向量并将从二维平面数据提取出的边缘数据点m_n与基点o一一构成边缘向量其中，n＝1,2,3,…；

S32、计算边缘向量与基向量的夹角θ_n，

S33、根据边缘向量与基向量夹角θ_n的大小对从二维平面数据提取出的边缘数据点m_n重新进行排序，得到重新排序后的点序列M_i，其中，i＝1,2,3,…，n；

S34、计算重新排序后的点序列M_i到基点的距离d_i，并以计算出的距离构成展开后的一维点序列d_i。

3.根据权利要求2所述的一种基于三维视觉的圆柱面半径测量方法，其特征在于：所述步骤S4，其包括：

S41、采用超限中值滤波器对展开后的一维点序列d_i进行一次滤波，得到一次滤波后的序列点，所述一次滤波后的序列点d_i'的表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{md}}_i=median(d_i,...,d_{i+template})\\ h\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}1,|d_i-{\mathrm{md}}_i|\≤x_0\\ 0,|d_i-{\mathrm{md}}_i|\>x_0\end{array}\right.\\ {d_i}^{\′}=d_i*h\left(i\right)\end{array}\right.,$

其中，template为超限中值滤波器的模板大小，median为求中值，x₀为设定的距离阈值；

S42、根据一次滤波后的序列点d_i'到基点的距离大小以及序列点d_i'两侧相邻点到基点的距离大小，对一次滤波后的序列点d_i'进行二次滤波，得到去除噪声后的一维点序列。