基于在线图像处理的面向三维扫描的标志点粘贴指示方法与流程

本发明属于基于机器视觉的单目结构光三维扫描、双目结构光三维扫描、双目激光三维扫描领域，涉及标志点技术，尤其是一种利用在线图像处理进行三维扫描过程中标志点布局位置指示的方法。

技术背景

随着非接触三维扫描技术的普及和工业检测需求的发展，三维扫描产品的需求逐年增大，而将三维扫描仪与机器人自动化技术相结合的自动化三维扫描产品的市场需求量和占有量更是呈现井喷态势，但是当前的扫描产品还是无法脱离标志点的束缚，需要依赖公共部位的标志点进行多次拼接才能将所有的单次扫描结果拼接成一个完整的模型。

从三维扫描技术问世以来，标志点技术在三维扫描中已经有着非常成熟和广泛的应用，对多次拼接的精度提升是其他技术所无法达到的。虽然也有公司推出了无标志点拼接的机器人自动化三维扫描技术，但是市场的反响却很不好，究其原因主要在于机器人的定位精度不高，造成此类产品只能在精度要求不高的场合下使用，无法满足当前大量高精度检测的需求。

在目前机器人的发展现状下，单纯依靠机器人的定位精度来进行三维扫描的拼接还无法满足工业上高精度检测的需求，原始的非自动化产品中，标志点的布局粘贴位置全靠技术工程人员的经验来进行，主观性比较强，无法达到最优的效率和结果，随着机器人自动化三维扫描技术的发展，标志点的布局位置已经由软件算法来计算生成，根据被扫描物体的模型，软件算法可自动生成需要粘贴多少个标志点，每个标志点的位置要贴在物体的哪个位置，但是目前的技术水平只能在数字模型上给出标志点的布局位置，却无法给出有效的指示方法让工程师能精确的把标志点粘贴到软件计算出的位置上，导致不同的工程师贴的位置与理想计算位置的误差有大有小，在实际应用中的体验非常不好，如果标志点粘贴的位置不够精确，往往造成虚拟的规划在实际的路径扫描中无法完成，需要重新再补标志点，重新规划，给自动化技术的应用增加了很大的麻烦。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有标志点粘贴技术的不足，提供一种可以不依赖于工程师的经验和熟练程度，不需要在测量过程中反复修改，消除了经验误差造成的精度影响的标志点布局粘贴指导方法。

本发明的高精度标志点位置指导方法，它包括以下步骤：

(1)利用标定器对三维扫描仪的视觉图像传感器进行标定，计算视觉图像传感器的内外参数；

(2)将三维扫描仪定位到计算出的规划位置下，通过视觉图像传感器实时连续的将被测物体的图像采集到上位机上，并在上位机上进行显示；

(3)通过几何关系筛选出当前三维扫描仪位置下可以观测到的虚拟标志点，通过视觉传感器的内外参数信息计算出这些虚拟标志点在视觉图像传感器上的图像坐标位置信息；

(4)在计算出的图像坐标上做出需粘贴标志点的标识；

(5)将采集的图像利用在线图像处理技术进行灰度分割和边缘提取，将提取的轮廓线进行椭圆拟合，提取出当前图像中已经粘贴的实际标志点的图像坐标；

(6)将提取的实际标志点的图像坐标与计算的虚拟标志点的图像坐标进行误差比较，判断出哪些虚拟位置已经粘贴了标志点，在图像显示的对应位置提示完成，对应该粘贴标志点但尚未粘贴标志点的图像对应位置提示警告；

(7)实时检测到当前位置的视觉图像传感器上的所有虚拟标志点都已经在对应位置完成实际标志点的粘贴后，系统提示当前位置的粘贴工作已完成，三维扫描仪移动到下一个测量点位；

(8)重复所述的步骤(2)～(7)，直至所有的位置都完成标志点的粘贴检测工作，上位机程序自动停止，整个三维扫描的标志点布局规划指导工作完成。

而且，所述的标志点包括且不限于用圆形、十字线等符号指示的标志点。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明的方法克服了目前国际上在三维扫描产品中粘贴标志点只能依靠工程师经验的缺点，通过实时在线图像处理的方法获得标志点的粘贴信息情况，并利用获得的信息来指导工程师完成标志点的粘贴工作，极大的提高了三维扫描产品的使用便捷性，为三维扫描产品的进一步推广提供了极大的支持。

2、本发明提供了一种基于在线图像处理的方式来实时指示标志点位置的方法，能够快速、有效、方便、精确的定位标志点的粘贴位置，并将工程师粘贴的位置进行实时反馈，帮助工程师来进行校准，为自动化三维扫描技术的发展提供了切实可行的指导依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为根据被测物体的数模计算出的虚拟标志点的布局位置和三维扫描仪的测量点位图；

图2为标志点的式样图；

图3为本发明方法的流程图；

图4为所有标志点的标示图；

图5为标志点部分粘贴的标示图；

图6为标志点全部粘贴的标示图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明方法对搭载机器人或其他自动化工具的三维扫描仪进行标志点布局规划指导的具体实施过程如下：

(1)将三维扫描仪固定到机器人系统上，根据三维扫描仪的结构模型和机器人系统的结构模型之间的位置关系，将机器人坐标系与三维扫描仪坐标系转换到一个坐标系下；

(2)利用机器人对三维扫描仪的视觉图像传感器进行自动标定，计算出视觉图像传感器的内外参数；

(3)根据视觉图像传感器的内外参数和被测物体的数模信息进行标志点的布局位置和三维扫描仪多次测量的位置姿态，在虚拟场景中进行显示，如图1所示；

(4)将三维扫描仪定位到计算规划的第一个位置，在虚拟场景中计算出此位置下可以观测到的标志点，通过本发明方法在上位机中实时显示标志点的粘贴情况来指导工程师进行标志点的粘贴；如图4所示，在图像上指示出所有需要贴标志点的位置，来指示工程师该往哪个坐标位置粘贴标志点；随着工程师粘贴标志点工作的进行，实时指示标志点的粘贴情况，如图5所示，绿色的为检测出此位置已经按照指示粘贴了标志点，红色的为尚未粘贴标志点；图6为此位置下的完成情况。

(5)当前位置的所有视觉图像传感器上的标志点都完成粘贴检测后，机器人控制三维扫描仪移动到下一个位置；

(6)重复所述的步骤(4)～(5)，直至所有虚拟规划标志点的粘贴工作全部完成。

所述三维扫描仪，用于主动光的发射和采集主动光发射到被测物体上形成的图像。三维扫描仪包括主动光发射装置(投影模块或激光器)和视觉图像传感器，所述上位机分别与主动光发射装置控制器和视觉图像传感器相连；

所述上位机，用于计算被测物体的标志点布局和三维扫描仪的点位布局；用于对视觉图像传感器进行标定，计算视觉图像传感器的内外参数；用于对视觉图像传感器采集的图像进行三维重建；用于标志点在视觉图形传感器上的理想位置的计算和统计。

所述视觉图像传感器由1个或1个以上的光学相机组成。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。