基于线结构光的空间圆高精度测量算法

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1、万方数据刮曩毂铀《捷泰胁～nEcTR。眦电M聂sU测RE量MEN技T术TEcHN。L∞Y第34卷第10期2011年lo月基于线结构光的空间圆高精度测量算法*张瑞峰李士亮(天津大学电子信息工程学院天津300072)摘要：分析了空间圆透视投影的数学模型。由于透视投影畸变的存在，提出了基于线结构光的空间圆几何参数的非接触测量方法，利用光条中心和圆孔边缘图像，筛选出圆孔的图像坐标，进而获取圆孔上的三维坐标，并采用将三维数据转换成二维数据处理的方法来拟合出圆孔的几何参数。实验结果表明，该方法减小了空间圆透视投影形状畸变引起的测

2、量误差，能快速采集网孔的大量三维数据点，精确的拟合空间圆的几何参数，具有较高的精度。关键词：线结构光；最小二乘；平面方程；坐标系转换中图分类号：TP391．4文献标识码：A‘HighprecisionmeasurementmethodofparametersofspacecirclebasedonlinestructuredlightZhangRuifengLiShiliang(SchoolofElectronicInformationEngineering，TianjinUniversity，Tianjin3007

3、2)Abstract：Basedonanalysisofmodelofperspectiveprojectiontransformationofspacecircle，highprecisionmeasurementmethodofparametersofspacecirclebasedonlinestructuredlightisproposedinthispaper，whichisconsideredperspectiveprojectiondistortion．Theimagecoordinateofholei

4、sselectedbyedgeoftheholeandthecenteroflight，andthree-dimensionalcoordinatesoftheholeisobtainedwithparameteroflinestructuredlightsystem．ThemethodthatThree-dimensionaldataistransformedtwo-dimensionaldatatofittheholeisemployed．Experimentalresultsshowthattheerrorca

5、usedbyperspectiveprojectiondistortionisreduced，aswellaslotsofthree-dimensionaldatacanbeobtainedinashorttime，whichareusedtOfitthecircleprecisely．Keywords：linestructuredlight；least—squares；planeequation；coordinatesystemtransformationO引言检测技术是现代化工业的基础技术之一，是保证产品质量的关

6、键。随着工业制造技术和加工工艺的提高和改进，对检测手段、检测速度和精度提出了更高的要求，这就要求测量系统和数学模型应该具有更高的科学性和可靠性。结构光视觉检测系统具有大量程、非接触、速度快、系统柔性好、精度适中等优点，广泛应用于三维模型重建、物体表面轮廓三维信息测量等领域¨‘2]。在三维测量系统中，线结构光系统∞13应用于各个方面，其中往往需要获取圆形特征的几何尺寸及空间位置信息。基于视觉的平面圆参数测量方法在测量领域得到了广泛的应用，但在这对摄像机与平面圆的位置关系有严格的要求，因此限制了其应用，且不适用于高精度要

7、求的场合。天津大学精密测试计量技术本文于2011年8月收到。*基金项目：国家自然基金资助项目(50876074)·76·及仪器国家重点实验室采用基于椭圆拟合求取圆中心对应点，直接测鼍圆中心的空间三维坐标，该方法具有较高精度。文献E9一ao]提出了1种平面圆几何参数的非接触测量方法，采用立体视觉以及空间圆拟合获取空间圆的几何中心的三维空间坐标和圆半径等几何参数，但是双目立体视觉存在匹配的难点问题¨“，影响测量精度。为测量柴油机缸盖上的多个圆孔的几何参数及位置关系，本文分析了空间圆透视投影的数学模型，考虑到透视投影畸变的

8、存在及位置关系的需求，设计了线结构光扫描系统，利用光条中心和圆孔边缘图像可以同时获取多个圆的三维数据点，并在圆所在的平面内拟合圆，再将圆心坐标转换到三维坐标系(线结构光的测量坐标系)求解圆的相对位置关系，该系统可以非接触测量空间圆的几何参数，同时获取多个空间圆的相对位置关系，且具有较高的测量精度。万方数据张瑞峰等：基于线结构光的空间圆高精度测量