一种复杂凸面型物体三维重建与体积测量方法

摘要

本发明公开了一种复杂凸面型物体三维重建与体积测量方法。该方法将待测物体放置于布设有对角标志的平板上，并设置一个足够大的长方体形外包体，通过采集不同拍摄角度的待测物体图像，根据图像中提取的对角标志进行测量相机的获取图像的投影矩阵，然后利用待测物体的外轮廓和投影矩阵对初始的外包体进行切割。在不同方位进行足够多次切割之后即可获得待测物体的空间三维模型以及体积。与现有采用结构光测量技术相比，本发明的技术成本更低、操作简便灵活，能处理主动视觉无法处理的反光、透光、纹理缺乏的情况。

主权项

一种凸面型物体三维重建与体积测量方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，测量系统布设；第二步，初始的外包体数据集合设置；第三步，待测物体三维形貌重建；第四步，待测物体体积计算；所述第一步具体为：1.1 将待测物体放置在于黑色平板中心位置；1.2 建立测量坐标系o‑xyz坐标系o‑xyz中o点位于平板中心， o‑x轴和o‑y轴位于平板上表面所在平面；o‑z轴垂直o‑xy平面，指向平板上方；o‑x轴、o‑y轴和o‑z轴符合右手定则；1.3布设编码标志在平板上布设1个圆形对角标志和个方形对角标志，其中≥3，上述对角标志在o‑xyz坐标系中的三维坐标已知，且均匀分布于以待测物体为中心的圆周上；所述第二步具体为：2.1 设置一个被测物体的外包长方体设置一个被测物体的外包长方体，该长方体的顶点坐标分别为（‑X/2，‑Y/2，0）、（‑X/2，Y/2，0）、（X/2，‑Y/2，0）、（X/2，Y/2，0）、（‑X/2，‑Y/2，Z）、（‑X/2，Y/2，Z）、（X/2，‑Y/2，Z）、（X/2，Y/2，Z）；2.2分割外包长方体并记录数据将外包长方体分割成个小的立方体单元，≥ 6000000，将立方体单元的中心坐标及其对应的标识码，记入外包体数据集合，的计算公式分别为，（1）（2）（3）其中，，，，，；2.3初始化立方体单元标识码令立方体单元对应的标识码；所述第三步具体为：3.1 待测物体图像拍摄选取拍摄位置和角度，利用测量相机拍摄一张待测物体的图像，保证所拍摄的图像包含平板上的对角标志；3.2待测物体图像轮廓提取利用已有的图像边缘检测算法，提取待测物体图像的封闭轮廓，将位于待测物体图像封闭轮廓以内及待测物体图像封闭轮廓上的图像点坐标记为集合，，其中为位于待测物体图像封闭轮廓以内及待测物体图像封闭轮廓上图像点像素坐标，为的个数；3.3 对角标志识别与定位3.3.1 对待测物体图像的封闭轮廓以外的图像区域，依次进行二值化、图像闭运算、膨胀处理，以及连通域分割，将得到的各连通域记为集合；其中为各连通域图像点像素坐标构成的子集，并按元素个数降序排列，为连通域的个数；3.3.2 计算集合中前个子集的面积、周长以及质心坐标，其中；3.3.3 在以为中心建立的一个正方形搜索区域内，采用Harris角点检测算法计算获得对角标志的亚像素图像坐标；3.3.4 计算，最大值所对应的对角标志，即判定为圆形对角标志，其它个即判定为方形对角标志，以圆形对角标志的亚像素图像坐标为起点，在图像中顺时针排序，完成所有对角标志的识别；3.4 投影矩阵计算3.4.1 利用识别出的对角标志的亚像素图像坐标，及其对应的o‑xyz坐标系中的三维坐标，利用位姿估计算法，获得测量相机在o‑xyz坐标系中的姿态矩阵和平移向量；3.4.2 利用公式（4），计算出投影矩阵（4）；3.5外包体数据集合中立方体单元对应的标识码重置；3.5.1 如果编号的立方体单元对应的标识码，其中，利用公式（5）计算该立方体单元中心在测量相机成像面上的投影的像面坐标：（5）其中，，表示对四舍五入取整，上标表示向量或矩阵的转置；3.5.2 判断是否属于集合，若不属于集合，令；若属于集合，令；3.6 重复步骤3.1至3.5实现被测物体三维重建设置测量相机的拍摄位置，获取不同拍摄角度的待测物体图像m张，m一般取30~40，完成被测物体三维形貌的重建；所述第四步具体为：计算待测物体的体积，计算公式为，（6）。