[发明专利]基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法

权利要求书

1.基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法，包括以下步骤：

S1：对所有双目相机进行离线标定，得到相机内参，用于立体视觉矫正；一个组目相机与一个圆点阵列光源组成一组测量单元；

S2：在空预器冷端沿转子的一条半径均匀固定标志块，依据被测物半径尺寸决定标志块数量，作为确定转子旋转一周的起始标志并作为相邻相机测量区域的分界线，为后端点云拼接提供初始值；然后布置与标志块一一对应的测量单元；

S3：打开圆点阵列光源，进行补光，使转子的转轴和所有相机处于待启动状态，转轴进入匀速转动状态后，所有相机同步采集转子旋转一周的图像；对采集到的图像进行拼接，拼接成环状图像，并得到相邻两帧之间的单应变换H；

S4：空预器转子继续旋转，所有相机开始采集包含激光圆点阵列的图像，旋转一周时，激光扫过整个空预器转子表面；

S5：利用立体视觉原理计算转子局部三维空间坐标，对采集到的激光左右图像，根据对极约束和圆点阵列特征计算当前相机视场范围内转子表面的空间点坐标，得到转子局部三维点云；

S6：利用步骤S3得到的单应变换H，对步骤S5得到的局部三维点云进行拼接，还原每帧图像测量结果的真实位置，得到环状点云；

S7：对所有双目相机采集的图像重复步骤S5和S6，得到对应的环状点云；

S8：提取两个相邻环状点云的交集部分，利用最近迭代算法通过迭代极小化匹配误差，得到两组点云之间的位姿关系R、t，完成该两组环状点云的拼接；

S9：对所有环状点云重复步骤S8，完成整个空预器转子的三维点云测量，并在显示终端进行三维可视化显示。

2.根据权利要求1所述的基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法，其特征在于：所述测量单元的数量为n组，n≥3。

3.根据权利要求2所述的基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法，其特征在于：步骤S2中测量单元的布置方式具体为：沿转子表面一条半径前方，均匀布置n组测量单元，使其满足条件：n组测量单元可拍摄到转子的一条完整半径且相邻两个测量单元可以观察到同一个标志块。

4.根据权利要求3所述的基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法，其特征在于：步骤S3中所述的对采集到的图像进行拼接的步骤具体为：

A、从相邻两帧图像中检测特征点；

B、匹配特征点，得到匹配点集合；

C、通过匹配点集合，求解单应变换H，得到相邻两帧图像之间的映射关系；D、对相邻两帧进行拼接，单应变换公式如式(1)所示：

式中[u_k，v_k]^T和[u_k`，v<sub>k</sub>`]^T分别为同一特征点在相邻两帧上的像素坐标。

5.根据权利要求3所述的基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法，其特征在于：步骤S5中所述圆点阵列特征的提取步骤如下：

A、对图像进行区域分割，根据区域形状判断圆点是否缺损；存储完整的圆点坐标及对应序位，对缺损的圆点进行一下步；

B、按照缺损圆点所在序位和存储的完整圆点坐标与序位，根据缺损圆点序位和近邻的完整圆点坐标与序位，进行插值估算，具体为：

对圆点阵列边缘的缺损圆点，按照十字相邻的4个完整圆点圆心进行差值估算；对圆点阵列中的缺损圆点，对其四角相邻的4个完整圆点圆心a、b、d、e进行插值估算，缺损圆点c的坐标计算公式如式(2)和式(3)所示：

式中l₁、l₂为缺损圆点所在直线；(x_a，y_a)、(x_b，y_b)、(x_d，y_d)、(x_e，y_e)分别为a、b、d、e的圆心坐标；联立方程(2)和(3)解得缺损圆点c的坐标；

C、利用圆点阵列在左右视图中顺序排列的特征，对左右视图按顺序对应匹配，直接计算视差得到各圆点处的三维坐标[X，Y，Z]^T。