專利名稱：一種基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于激光三角測量法的亞像素精度表面形態(tài)測量和分析檢測方法。
背景技術(shù)：
近年來非接觸式測量越來越多的受到重視，與傳統(tǒng)接觸式表面形態(tài)測量和分析方法相比，激光非接觸式測量具有獨(dú)特優(yōu)勢:1、傳統(tǒng)測量需要接觸工件表面，不但會(huì)造成測量設(shè)備的磨損和損害，還容易劃傷工件表面，而激光非接觸方法避免了對(duì)被測物體造成劃痕和磨損，尤其適用于各種柔軟材料、易腐蝕材料和傳統(tǒng)方式無法檢測的表面形態(tài)測量和分析；2、接觸式表面形態(tài)測量和分析設(shè)備需要工作過程中多次校準(zhǔn)，而對(duì)于特定的測量環(huán)境，激光非接觸測量設(shè)備只需一次性設(shè)置和校準(zhǔn)，終身受用，節(jié)約維護(hù)和再標(biāo)定的時(shí)間和金錢成本；3、非接觸測量設(shè)備可以安裝在生產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)在線測量。目前激光非接觸測量主要使用的激光器分為點(diǎn)激光和一字線激光。一字線激光由于采樣面積大，在測量精度和使用范圍上較點(diǎn)激光有明顯優(yōu)勢。但目前的使用一字線激光器的激光三角測量法的很大程度上精度取決于激光器條紋的粗細(xì)、均勻性和亮度分布情況。使用性能更優(yōu)的激光器來提高測量精度的方法增加了設(shè)備的成本。在激光三角測量法中，激光條紋的中心代表工件表面輪廓。高斯擬合法為確定激光條紋中心的主要方法，但目前的方法有以下幾個(gè)不足:1、不同表面激光散射情況不同，僅使用單幅激光條紋圖像擬合的情況下，為了提高照射亮度，很容易產(chǎn)生過曝光情況，導(dǎo)致估計(jì)條紋中心產(chǎn)生錯(cuò)誤；2、通過多次測量來提高測量精度，并沒有消除每次的測量誤差；3、處理激光條紋圖像時(shí)直接把彩色圖轉(zhuǎn)成灰度圖處理，并沒有利用圖像的彩色信息；4、通過確定激光條紋的邊緣范圍來確定高斯擬合所需像素點(diǎn)數(shù)量，這種方法受到了邊緣范圍精確度限制，并增加了計(jì) 算時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在問題和不足，提出一種基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，該方法具有很好的實(shí)用性，使用普通的一字線激光器就能實(shí)現(xiàn)零件表面形態(tài)如高度、粗糙度、平面度、輪廓的準(zhǔn)確檢測，大大降低了激光器的使用成本。本發(fā)明為了完成其技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案是:一種基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，使用一字線激光器產(chǎn)生的激光進(jìn)行三角測量，包括以下步驟:
A、采用一字線激光器產(chǎn)生的激光照射零件；
B、采用彩色CCD相機(jī)對(duì)零件的同一位置采集2— 10幅激光條紋圖片；并將采集到的所有激光條紋圖片疊加形成一副疊加圖像；
C、提取疊加圖像的紅色通道圖像并對(duì)其進(jìn)行中值濾波，濾除噪聲；
D、沿進(jìn)行中值濾波后的紅色通道圖像列方向搜索每一列像素極大值點(diǎn)；
E、在每一列像素極大值點(diǎn)兩側(cè)各取5— 10個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行高斯曲線擬合，提取亞像素精度的激光條紋中心線，形成亞像素表面形態(tài)圖像。進(jìn)一步的，上述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法中:在步驟A之前，還需要對(duì)測量測量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和對(duì)測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定；
校準(zhǔn)設(shè)備包括使一字線激光器和水平工作臺(tái)表面垂直，CCD攝像機(jī)主光軸與激光器在一個(gè)平面內(nèi)，與水平表面垂線成45飛O度角；
對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定包括得到真實(shí)空間高度與CCD拍攝圖像高度之間的關(guān)系。進(jìn)一步的，上述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法中:在步驟B中采用彩色CCD相機(jī)對(duì)零件照像前還有進(jìn)行帶通濾光的步驟。進(jìn) 一步的，上述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法中:所述的步驟C中:濾波采用N*N (N=3，5，7)的矩形模板。進(jìn)一步的，上述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法中:所使用的激光器為紅光激光器。進(jìn)一步的，上述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法中:所述的紅光激光器的波長為635 660nm。本發(fā)明提出的一種基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，與已有的方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、充分利用圖像的彩色信息，在激光條紋是紅色，背景是黑色的先驗(yàn)知識(shí)指導(dǎo)下，提取RGB圖像的紅色通道分量，減小噪聲影響，提高高斯擬合條紋中心精度。2、通過對(duì)同一位置多次拍攝疊加激光條紋圖像提高精度，降低了對(duì)激光條紋寬度和亮度的要求，降低了激光器的成本。3、通過先粗略確定條紋中心位置然后采用固定數(shù)量的像素?cái)M合確定亞像素中心的方法避免了確定激光條紋邊界而采用復(fù)雜算法，降低了算法復(fù)雜度。下面通過結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。


附圖1、三角測量法的示意圖。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是一種基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，包括如下步驟:
1、系統(tǒng)安裝如圖1所示采用深圳華用科技型號(hào)為HV500GC的500萬彩色像素相機(jī)，相機(jī)鏡頭焦距為35mm,在鏡頭前安裝中心波長為650nm,帶寬為40nm的帶通濾光片,使用波長為650nm的激光器。使一字線激光器和水平工作臺(tái)表面垂直，CXD攝像機(jī)主光軸與激光器在一個(gè)平面內(nèi)，與水平工作臺(tái)表面垂線成45飛O度角。圖1中A、B分別為工件表面處于不同高度時(shí)形成激光光斑的位置；A’、B’分別為A、B經(jīng)過CXD鏡頭后成像之像點(diǎn)；〃為CXD鏡頭光軸與垂直方向的夾角；為成像角；D為激光光斑的位移量，即工件表面高度變化值；5為激光光斑所成像點(diǎn)的位移量。2、系統(tǒng)安裝好后，調(diào)節(jié)光圈，避免相機(jī)像素點(diǎn)過曝光。用相機(jī)對(duì)工件的同一位置連續(xù)拍攝5幅大小為ii X Ar的激光條紋圖片，M、N分別表不圖像的長和覽,每幅圖片記為伽y)，X，y分別為圖像的行和列的坐標(biāo)分量。使用公式(I)將5幅激光條紋圖像疊加成一副疊加圖像g(Xy)。
權(quán)利要求
1.一種基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，該方法通過測量零件不同位置輪廓切片，疊加得到整個(gè)零件輪廓；其特征在于:包括以下步驟: A、采用一字線激光器產(chǎn)生的激光照射零件； B、采用彩色CCD相機(jī)對(duì)零件的同一位置采集2— 10幅激光條紋圖片；并將采集到的所有激光條紋圖片疊加形成一副疊加圖像； C、提取疊加圖像的紅色通道圖像并對(duì)其進(jìn)行中值濾波，濾除噪聲； D、沿進(jìn)行中值濾波后的紅色通道圖像列方向搜索每一列像素極大值點(diǎn)； E、在每一列像素極大值點(diǎn)兩側(cè)各取5- 10個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行高斯曲線擬合，提取亞像素精度的激光條紋中心線，形成亞像素表面形態(tài)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，其特征在于:在步驟A之前，還需要對(duì)測量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和對(duì)測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定； 校準(zhǔn)設(shè)備包括使一字線激光器和水平工作臺(tái)表面垂直，CCD攝像機(jī)主光軸與激光器在一個(gè)平面內(nèi)，與水平表面垂線成45飛O度角； 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定包括得到真實(shí)空間高度與CCD拍攝圖像高度之間的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，其特征在于:在步驟B中采用彩色CCD相機(jī)對(duì)零件照像前還有進(jìn)行帶通濾光的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，其特征在于:所述的步驟C中:濾波采用N*N (N=3，5，7)的矩形模板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，其特征在于:所使 用的激光器為紅光激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，其特征在于:所述的紅光激光器的波長為635 660nm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于激光三角測量法的亞像素表面形態(tài)檢測方法，該方法通過測量零件不同位置輪廓切片，疊加得到整個(gè)零件輪廓。本發(fā)明充分利用圖像的彩色信息，在激光條紋是紅色，背景是黑色的先驗(yàn)知識(shí)指導(dǎo)下，提取RGB圖像的紅色通道分量，減小噪聲影響，提高高斯擬合條紋中心精度。通過對(duì)同一位置多次拍攝疊加激光條紋圖像提高精度，降低了對(duì)激光條紋寬度和亮度的要求，降低了激光器的成本。通過先粗略確定條紋中心位置然后采用固定數(shù)量的像素?cái)M合確定亞像素中心的方法避免了確定激光條紋邊界而采用復(fù)雜算法，降低了算法復(fù)雜度。
文檔編號(hào)G01B11/24GK103234475SQ201210490109
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者石楷弘, 劉軍, 郭宏國, 王艷, 盧宗慶, 李立, 廖慶敏 申請(qǐng)人:深圳華用科技有限公司, 清華大學(xué)深圳研究生院