(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211050192.8 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 姚鹏　刘祥　侯耀　张贺永　 褚东凯　屈硕硕　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 黄海丽 (51)Int.Cl. G01B 11/25(2006.01) G06T 7/00(2017.01) G06T 7/66(2017.01) G06V 10/44(2022.01)G06V 20/64(2022.01) (54)发明名称 一种三维形貌的线结构光精密旋转测量方 法、 系统及装置 (57)摘要 本发明提供了一种三维形貌的线结构光精 密旋转测量方法、 系统及装置， 其涉及三维测量 技术领域， 所述方案包括： 获取待测物体线结构 光扫描图像序列； 基于图像处理算法， 从每个扫 描图像中进行激光光条中心的提取； 基于最小二 乘法， 对提取的激光光条中心进行直线拟合， 获 得拟合直线， 并基于获得的拟合直线确定线结构 光起始端点； 基于最小二乘法及获得的线结构光 起始端点， 获得拟合椭圆， 并基于获得的拟合椭 圆半长轴， 获得旋转偏心误差； 基于测量倾斜表 面与基准平面之间的夹角， 获得倾斜误差； 基于 获得的旋转偏心误差及倾斜误差对获得的测距 信息进行补偿， 获得待测物体的测量结果。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 115112049 A 2022.09.27 CN 115112049 A 1.一种三维形貌的线结构光精密旋转测量方法， 其特 征在于， 包括： 获取待测物体线结构光扫描图像序列； 基于图像处 理算法， 从每 个扫描图像中进行激光 光条中心的提取； 基于最小二乘法， 对提取的激光光条中心进行直线拟合， 获得拟合直线， 并基于获得的 拟合直线确定线结构光 起始端点； 基于最小二乘法及获得的线结构光起始端点， 获得拟合椭圆， 并基于获得的拟合椭圆 半长轴， 获得旋转偏心误差； 基于测量 倾斜表面与基准平面之间的夹角， 获得倾 斜误差； 基于获得的旋转偏心误差及倾斜误差对获得的测距信 息进行补偿， 获得待测物体的测 量结果。 2.如权利要求1所述的一种三维形貌的线结构光精密旋转测量方法， 其特征在于， 所述 基于图像处理算法， 从每个扫描图像中进 行激光光条中心的提取， 具体为： 采用适应激光波 长的高分辨率CM OS相机获取扫描图像， 采用极值法从所述扫描图像中进 行激光光条中心 提 取。 3.如权利要求1所述的一种三维形貌的线结构光精密旋转测量方法， 其特征在于， 所述 对提取的激光光条中心进 行直线拟合， 获得拟合直线， 具体为： 基于激光光条中心 提取获得 的数据点， 采用最小二乘法进行数据拟合， 获得拟合后的直线， 其中， 直线拟合满足拟合残 差平方和最小。 4.如权利要求1所述的一种三维形貌的线结构光精密旋转测量方法， 其特征在于， 所述 基于获得的旋转偏心误差及倾斜误差对获得 的测距信息进行补偿， 包括： 在获取激光光条 上各采集点的坐标值时， 采用如下公式： 其中，X，Y为计算所得被测工件表面的二维坐标值， e为偏心误差； θ为起始测量激光光 条位置与 激光光条的端点和拟合椭圆中心连线的夹角； mv为激光点与端点之间的距离； α为 两条激光光条之 间的夹角； u为激光光条相对初始 位置转动的次数； v为当前激光光条上第 v 个测量点。 5.如权利要求1所述的一种三维形貌的线结构光精密旋转测量方法， 其特征在于， 所述 基于获得的旋转偏心误差及倾斜误差对获得 的测距信息进行补偿， 还包括： 对于被测工件 表面采样点的高度值， 其计算公式如下： 其中，Z(u,v)为补偿后的被测工件表面高度值； data(u,v) 为线激光轮廓 仪测量得到的 第i行第j列的数据值， γ为倾斜表面与基准 面之间的夹角。 6.一种三维形貌的线结构光精密旋转测量系统， 其特 征在于， 包括： 数据获取 单元， 其用于获取待测物体线结构光扫描图像序列； 光条中心提取单元， 其用于基于 图像处理算法， 从每个扫描图像中进行激光光条中心权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115112049 A 2的提取； 起始端点获取单元， 其用于基于最小二乘法， 对提取的激光光条中心进行直线拟合， 获 得拟合直线， 并基于获得的拟合 直线确定线结构光 起始端点； 旋转偏心误差获取单元， 其用于基于最小二乘法及获得的线结构光起始端点， 获得拟 合椭圆， 并基于获得的拟合椭圆半长轴， 获得旋转偏心误差； 倾斜误差获取 单元， 其用于基于测量 倾斜表面与基准平面之间的夹角， 获得倾 斜误差； 补偿单元， 其用于基于获得的旋转偏心误差及倾斜误差对获得的测距信息进行补偿， 获得待测物体的测量结果。 7.如权利要求6所述的一种三维形貌的线结构光精密旋转测量系统， 其特征在于， 所述 基于获得的旋转偏心误差及倾斜误差对获得 的测距信息进行补偿， 包括： 在获取激光光条 上各采集点的坐标值时， 采用如下公式： 其中，X，Y为计算所得被测工件表面的二维坐标值， e为偏心误差； θ为起始测量激光光 条位置与 激光光条的端点和拟合椭圆中心连线的夹角； mv为激光点与端点之间的距离； α为 两条激光光条之 间的夹角； u为激光光条相对初始 位置转动的次数； v为当前激光光条上第 v 个测量点。 8.一种三维形貌的线结构光精密旋转测量装置， 其利用了如权利要求1 ‑5任一项所述 的一种三维形貌的线 结构光精密旋转测量方法， 所述装置包括： 旋转平台、 支架以及 线激光 轮廓仪， 所述线激光轮廓仪与所述旋转平台通过双向直线位移平台连接， 所述线激光轮廓 仪位于所述支 架下方， 所述支 架上设置有载物台和图像采集设备。 9.如权利要求8所述的一种三维形貌的线结构光精密旋转测量装置， 其特征在于， 所述 双向位移 平台实现线结构光端点与其旋转 运动中心的偏心误差调整。 10.如权利要求8所述的一种三维形貌的线结构光精密旋转测量装置， 其特征在于， 所 述图像采集设备采用适应激光波长的高分辨 率CMOS相机。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115112049 A 3