吳世迪++石成江++何萬濤

摘 要：逆向工程技術(shù)采用了通過測量實際物體的尺寸轉(zhuǎn)換為3D模型的方法。文章著眼于長距離廣角度下相對低精度的視覺影像測量標(biāo)定，對此進行了優(yōu)化設(shè)計。通過CCD攝像機獲得平面圖像后使用opencv濾波處理，精確識別測量物外觀輪廓和激光點，綜合激光角度和光斑到像平面的距離求解相機在世界坐標(biāo)系下的參數(shù)矩陣。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)光測量；相機標(biāo)定；opencv濾波；輪廓提取

1 緒論結(jié)構(gòu)光測量原理及相機標(biāo)定簡介

光柵投影儀CCD相機安裝位置如圖1所示。從光柵投影儀發(fā)出的光柵投射到零坐標(biāo)平面上經(jīng)過物體表面輪廓阻擋產(chǎn)生包含高度信息的相位偏移信息的反射光，由CCD相機獲取分時多幀圖像識別分析后得到像點實際高度。

作為描述被測物體空間位置的絕對坐標(biāo)系被稱為世界坐標(biāo)系，用來描述攝像機像素平面成像的2D位置關(guān)系的平面坐標(biāo)系稱為攝像機坐標(biāo)系。攝像機坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系可以用一個旋轉(zhuǎn)矩陣和一個平移向量來描述。由于測量對象為較大尺寸和較大視角的情況，所以忽略透鏡的徑向軸向畸變可以得到透視變換矩陣A。

其中[XW YW ZW 1]T為世界坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，[u v 1]T為對應(yīng)的像平面坐標(biāo)aij為透視變換矩陣A的元素，化簡后得到一個線性方程組。

對于每個世界坐標(biāo)系下已知其對應(yīng)關(guān)系的圖像點，由上述方程組可知，在不少于六個對應(yīng)坐標(biāo)點帶入后可求解矩陣A。較多的對應(yīng)點帶入后可以得到更多更多的線性約束關(guān)系方程組，用最小二乘法求解矩陣A取值更精確，從而降低誤差影響?；谝陨先↑c需求，引入一種激光測距配合角度旋轉(zhuǎn)的方式完成相機標(biāo)定。

2 光斑圖像采集

（1）圖2中坐標(biāo)原點位光源位置，由卡尺和激光測距度數(shù)配合安裝調(diào)試為零位置。固定在可以水平旋轉(zhuǎn)和豎直垂直于紙面方向旋轉(zhuǎn)的兩個旋轉(zhuǎn)臺上。當(dāng)兩個轉(zhuǎn)臺安不同角度旋轉(zhuǎn)定位時，就可以分別取到圖示網(wǎng)格狀交點的各個位置。光源到物體表面距離已知，在兩個轉(zhuǎn)臺上的轉(zhuǎn)角已知，可以容易求得物體表面光點位置的三維坐標(biāo)。盡可能多取點保證求值的準(zhǔn)確性。

（2）激光由兩道縱橫交錯的線激光組成，隨著兩個轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動，激光點隨之移動，對于不同的光點位置分別拍照，獲得每一點相同背景不同光點位置的平面圖像。

3 opencv濾波與輪廓提取

由于高斯噪聲在數(shù)學(xué)上的易處理性，故實踐中常用這種噪聲模型。在opencv中調(diào)用canny算子的高階用法中，使用高斯濾波降噪，使用canny算子，檢測出需要的輪廓線條，檢測線激光十字坐標(biāo)。主要代碼功能流程為：

光標(biāo)圖像采集→創(chuàng)建Mat類載入圖像→將原圖轉(zhuǎn)換為灰度圖像→使用5*5內(nèi)核降噪→調(diào)用canny算子→采集正交十字坐標(biāo)。核心程序如下

Mat dst，edge，gray；dst.create（ src1.size（）， src1.type（） ）； cvtColor（ src1，gray， COLOR_BGR2GRAY ）；blur（ gray，edge，Size（3，3） ）；Canny（ edge，edge，3，9，3）；dst=Scalar：：all（0）；src1.copyTo（dst，edge）；

4 結(jié)束語

Canny算子檢測后的圖像矩陣中只保留了有用的輪廓信息的像素。遍歷像素矩陣，識別垂直光標(biāo)點即可獲得像素坐標(biāo)系中的激光點位置坐標(biāo)。對于低精度要求的大視角對象整體輪廓識別可以實現(xiàn)快速測量快速標(biāo)定的要求。

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