[发明专利]四像机组平面阵列特征点三维测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统及测量方法，属于光学电子测量技术产品和方法的技术领域；具体说属于采用数字相机组对被测物的三维特征点坐标通过图像处理的方式进行位置和尺寸测量并计算出被视物体特征点三维位置坐标点云数据的方法的技术领域。

背景技术

目前快速准确的计算出被视物体特征点的三维位置坐标点云数据进而实现被视物体全部外观尺寸的三维立体快速精确测量的三维测量采用的方式和存在的问题如下所述：

一、单点视觉测量法

我们可以将各类非接触长度测量传感器视为单点视觉；典型的如激光测距传感器以及叠加高速扫描功能的激光扫描仪。

依靠单点高速扫描，单点视觉可以做成三维立体视觉系统，但该类系统的缺点是对测量物整体不能快速全面的把握其形貌特征，动态测量时，对于快速移动物体产生变形，容易产生测量死角；同时，三维点云数据处理速度和算法有待进一步的加强。

二、平面视觉测量法

平面视觉主要采用各类相机进行二维成像。目前，各类照相机、摄像机、视频监控等得到广泛应用。二维图像在线测量，广泛用于印刷和包装线质量检测，产品质量外观检测等各类特定对象的流水线检测。

通过二维成像可对视场范围内的物体进行一次性成像，通过边缘和分类算法对物体进行检测和智能化处理。其最大的问题是难以根据平面图像直接计算出物体的物理尺寸，对于三维检测，如果只进行独立的图像分析，只能进行平面外观轮廓的定性分析。

三、三维视觉测量

目前，能够真正实现三维数据直接采集的设备还没有出现，所谓的三维视觉都是由一维和二维视觉的相关设备和技术组合而成；三维视觉及测量技术主要包括以下几种：

①.光截图技术及线激光测量

光截图技术及线激光测量是将三维测量通过激光平面的建立，变为二维问题进行解决。由一个线激光发生器产生一个激光平面，通过与该平面成一定角度布置的数字摄像机成像后，对图像进行二值化处理，得到被测物体与该激光线交线的图像，该激光平面与二维图像像素之间具有唯一的对应关系，通过标定可实现该物体激光切线的精确测量。目前线激光测距仪可对激光线上各点距离的直接测量，基本都采用此方法。

②.双目或多目视觉测量技术

人眼之所以能够快速判断被视物体的远近和大小，是由于人类拥有固定间距同时可动态调焦调角度的两只眼睛，同时还拥有一个运算速度目前最快速的计算机都难以企及的大脑的缘故。如果有两只固定距离和焦距的相机对同一物体同时成像，他们成像的图像之间对被测物体同一个测量点，具有唯一的对应关系。这就是双目视觉测量原理。目前3D电影基本采用该方法进行拍摄和立体重现。

对于双目视觉来说，由于物体边缘特征提取及双目像素匹配算法目前的技术还存在困难，难以将双目图像进行快速准确的匹配，双目或多目视觉测量还没有实现大规模应用，双目直接测量和图像识别的产品目前也还没有见到。

发明目的

本发明提供了一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统及测量方法。以实现利用多目相机简单，快速，准确的直接测量物体三维尺寸的目的。

为达到所述目的本发明的采用的技术方案和方法是：

一种四像机组平面阵列特征点三维测量系统，包括至少一组以四台数码相机组成为一组的四像机组；

所述的四台数码相机组成的一组四像机组以2×2阵列形式设置；

所述的四台数码相机包括a相机，b相机，c相机和d相机；该a相机，该b相机，该c相机和该d相机在同一平面上布置；

所述的a相机，b相机，c相机和d相机四台相机的成像光轴上的焦点点O_a、O_b、O_c、O_d在同一平面上且组成一个矩形形成一个矩形平面；该a相机，该b相机，该c相机和该d相机四台相机的成像光轴中心线均垂直于该矩形平面；

所述的a相机，b相机，c相机和d相机四台相机的型号完全相同，镜头也完全相同；

所述的a相机，b相机相对位置为水平设置，所述的c相机，d相机相对位置为水平设置；

所述的a相机，c相机相对位置为垂直设置，所述的b相机，d相机相对位置为垂直设置。

该四台数码相机组成的一组四像机组以选定相机的成像光轴上的焦点与相邻三台相机的成像光轴上的焦点点组成一个矩形，形成一个矩形平面的四台数码相机组成，且四相机的成像光轴中心线均垂直于该矩形平面。