深孔狭小内腔三维测量系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114264249A(43)申请公布日2022.04.01(21)申请号202111523020.3(22)申请日2021.12.14(71)申请人中国石油大学（华东）地址266580山东省青岛市黄岛区长江西路66号(72)发明人李肖李伟周晶玉袁新安殷晓康陈怀远陈兴佩赵建明赵建超丁建喜(74)专利代理机构辽宁鸿文知识产权代理有限公司21102代理人苗青(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称深孔狭小内腔三维测量系统及方法(57)摘要本发明属于机器视觉测量领域，提供了一种深孔狭小内腔三维测量系统及方法，包括高分辨率相机与细长镜头、反射镜组、激光器和进给机构。本发明的深孔狭小内腔三维测量系统，结构简单紧凑，更容易深入狭小内腔内测量，系统中的反射镜组改变成像光路，为激光器的安装提供了不遮挡高分辨率相机成像的空间，激光器投射在内腔上的圆环形结构光就可以在单目立体视觉系统近距离范围内成像，且避免了透明玻璃罩带来的测量误差，提高了测量精度。此外，本发明采用了推进式结合结构光可完成360°内腔三维形貌的测量，无需附加的旋转运动，避免了旋转机构带来的系统误差，提高测量精度的同时降低了装置复杂度。CN114264249ACN114264249A权利要求书1/2页1.一种深孔狭小内腔三维测量系统，其特征在于，该深孔狭小内腔三维测量系统包括高分辨率相机(1)、细长镜头(2)、反射镜组(3)、激光器(4)、深孔狭小内腔(6)和进给机构(7)；反射镜组(3)包括镜组外壳(8)、反射外镜(9)、反射内镜(10)、激光器圆孔(11)、内镜安装台(12)、镜组内平面(13)与镜组安装孔(14)；反射镜组(3)的外壳为梯形体结构，下底边所在的平面为开口；镜组外壳(8)为腰所在的平面，镜组内平面(13)为上底边所在的平面；内镜安装台(12)固定于反射镜组(3)外壳内；内镜安装台(12)为直五棱柱结构，在其一侧面上开有激光器圆孔(11)；两块反射内镜(10)对称贴装在内镜安装台(12)中与激光器圆孔(11)所在侧面不相连的两侧面上，两块反射内镜(10)的一条长边与该两侧面所交的侧棱重合；两块反射外镜(9)对称贴装在镜组外壳(8)的内壁面上，反射外镜(9)的长边与镜组内平面(13)与镜组外壳(8)交线重合；激光器圆孔(11)、镜组安装孔(14)和两块反射内镜(10)交线的中点同轴；高分辨率相机(1)、细长镜头(2)和反射镜组(3)依次连接组合成单目立体视觉系统，反射镜组(3)通过镜组安装孔(14)同轴装配在细长镜头(2)的前端，激光器(4)一端固定在反射镜组(3)上的激光器圆孔(11)上，激光器(4)另一端位于深孔狭小内腔(6)内，形成圆环形结构光(5)，借助圆环形结构光(5)强化深孔狭小内腔(6)信息，在三维层面实现深孔狭小内腔(6)的测量；高分辨率相机(1)通过其上的安装孔固定在进给机构(7)上。2.一种深孔狭小内腔三维测量方法，其特征在于，步骤如下：系统中的反射外镜(9)和反射内镜(10)利用光学反射原理改变成像光路，将高分辨率相机(1)的靶面一分为二，使得高分辨率相机(1)从两个视角近距离拍摄激光器(4)投射在深孔狭小内腔(6)上的圆环形结构光(5)的图像，实现双目视觉的三维测量；反射镜组(3)内的两对反射镜呈对称布置，反射镜组(3)中反射镜的布置直接决定单目立体视觉系统的成像参数，影响成像参数的反射镜组(3)结构参数有四个：反射内镜(10)与镜组内平面(13)的夹角α、反射外镜(9)与镜组内平面(13)的夹角β、两反射内镜(10)交线的中点到相机光心之间的距离d、反射外镜(9)与镜组内平面(13)的交线到两反射内镜(10)交线的距离L；单目立体视觉系统成像参数与结构参数之间的关系为：其中，θ为所选高分辨率相机(1)视场角的一半；l1和l2为不发生光路干涉的最小反射内镜(10)和反射外镜(9)的长度；DepthLow和DepthHigh分别为最近视场和最远视场所处的物距；FovMiddle为最大视场；通过公式(1)计算四个结构参数对单目立体视觉系统成像参数2CN114264249A权利要求书2/2页的影响，确定使单目立体视觉系统在两个视角下的成像均包含激光器(4)投射在深孔狭小内腔(6)上的圆环形结构光(5)的结构参数组合；进给机构(7)带动圆环形结构光(5)中心沿深孔狭小内腔(6)轴线进给，完成360°全周扫描；在进给机构(7)的带动下，边推进边图像采集，获得整个进给过程中圆环形结构光(5)的序列图像，最后对序列图像中的每一张图像，利用分割算法分别提取该图像中两个视角下的圆环形结构光(5)中心，在立体匹配后重建出该