一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法.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CN113945159A(43)申请公布日2022.01.18(21)申请号202111247879.6(51)Int.Cl.(22)申请日2021.10.26G01B11/08(2006.01)G06T7/13(2017.01)(71)申请人中国铁建电气化局集团有限公司G06T7/73(2017.01)地址100043北京市石景山区八大处高科G06T7/80(2017.01)技园区西井路3号崇新大厦1号楼108A8房间申请人浙江大学(72)发明人毕江海熊奎翔王继军包哲静颜文俊徐元成陆臣斌付波郭柱唐武勤朱春甫夏需要尹志华张亮武宁(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人刘静权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，该方法根据螺栓位置、可见光相机和深度相机标定信息、相机相对于螺栓的旋转角，模拟一个符合图纸尺寸的螺栓位于目标螺栓位置时，在可见光相机图像上映射出的模拟轮廓。将模拟轮廓上的点根据直线和弧线部分划分多个区域，根据模拟轮廓和目标轮廓上像素点的距离信息，计算两个轮廓的匹配度。在图像像素平面x轴、y轴、轮廓平面旋转角、图纸螺栓直径四个维度上进行循环遍历，计算匹配度，匹配度最高的模拟轮廓对应的图纸螺栓直径即为螺栓直径测量结果。该方法具有测量误差小、效率高、无需严格静态放置设备、无需严格设定拍摄距离和角度、远程无人非接触操作、设备轻便、操作快捷等优点。CN113945159ACN113945159A权利要求书1/1页1.一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)螺栓模拟轮廓的生成，包括：(1.1)生成符合图纸螺栓尺寸的三维点云；(1.2)利用深度相机获取目标螺栓位置，将生成的三维点云移动到相同位置；(1.3)将移动后的三维点云映射到可见光相机图像上，得到螺栓模拟轮廓；(2)螺栓模拟轮廓和目标轮廓的匹配度计算，包括：(2.1)将螺栓模拟轮廓平移到目标轮廓附近；(2.2)将模拟轮廓上的点根据直线和弧线部分划分多个区域，分区域计算目标轮廓上各个点到模拟轮廓的最近距离之和，匹配度为总距离的负相关；(3)螺栓模拟轮廓在四个维度上的循环遍历，包括：在图像像素平面x轴、y轴、轮廓平面旋转角、图纸螺栓直径四个维度上进行循环遍历，寻找匹配度最高的模拟轮廓，其对应的直径即为螺栓直径测量结果。2.根据权利要求1所述的一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，其特征在于，所述步骤(1.1)包括：建立以可见光相机为原点的三维直角坐标系，在坐标系任意位置生成点云组成一个符合图纸螺栓直径和高度的三维圆柱外壳。3.根据权利要求1所述的一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，其特征在于，所述步骤(1.2)包括：根据深度相机点云数据中目标螺栓位置坐标、可见光相机和深度相机标定出的外参矩阵、两个相机整体拍摄旋转角度，计算出目标螺栓在可见光相机三维直角坐标系下的位置，然后将生成的圆柱外壳点云移动到该位置。4.根据权利要求1所述的一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，其特征在于，所述步骤(1.3)包括：根据可见光相机标定出的内参矩阵，将可见光相机三维直角坐标系下的圆柱外壳点云映射到可见光相机图像的像素坐标系下，得到的一系列像素点即为模拟轮廓。5.根据权利要求1所述的一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，其特征在于，所述步骤(2.1)中，根据目标轮廓的最小外接矩形的像素坐标，将螺栓模拟轮廓平移到目标轮廓附近。6.根据权利要求1所述的一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，其特征在于，所述步骤(2.2)包括：将模拟轮廓上的点根据直线和弧线部分的四个交界点，划分九宫格，然后分区域计算Loss值来反映轮廓匹配度，各分区Loss值为位于该区域的目标轮廓上各个点到模拟轮廓的最近距离之和，总Loss为各分区Loss值之和，总Loss越低，匹配度越高。7.根据权利要求1所述的一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中，首先以较大步长遍历一遍找到匹配度最高的模拟轮廓，然后在该轮廓基础上缩小步长再遍历一遍，如此循环直至最小步长；循环结束后拥有最高匹配度的模拟轮廓对应的直径即为最终的螺栓直径测量结果。2CN113945159A说明书1/4页一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于轮廓匹配的螺栓直径测量方法，属于工业智能测量领域。背景技术[0002]在工业制造、工程建设等领域，常常需要精确测量现场螺栓的尺寸，特别是直径需要毫米级精确测量。现有的方法主要分为两种，第一种是无人作业，在允许静态放置大体积测量设备的场景下，提前将工业级高精度深度相机或