本發(fā)明屬于機(jī)器視覺領(lǐng)域，涉及一種三維檢測(cè)裝置，尤其涉及一種采用彩色編碼照明技術(shù)的三維檢測(cè)裝置及方法
背景技術(shù)：
：器視覺檢測(cè)是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和檢測(cè)的高新技術(shù)。基于機(jī)器視覺的產(chǎn)品檢測(cè)，有利于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，具有非接觸、無需標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)。所以，在現(xiàn)代工業(yè)流水線生產(chǎn)中，機(jī)器視覺技術(shù)被廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)和工業(yè)生產(chǎn)在線監(jiān)控等領(lǐng)域。其中，以結(jié)構(gòu)光為基礎(chǔ)的三維測(cè)量在實(shí)際中被廣泛使用。但是存在著以下問題：(1)測(cè)量精度受到物理光學(xué)的限制難以提高(2)遮擋和對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配難以解決(3)視場(chǎng)不大(4)系統(tǒng)的復(fù)雜性較高。結(jié)構(gòu)光法是一種主動(dòng)式三角測(cè)量技術(shù)，其基本原理是由結(jié)構(gòu)光投射器向被測(cè)物體表面投射可控制的光點(diǎn)、光條或光面結(jié)構(gòu)，并由圖像傳感器(如攝像機(jī))獲得圖像，通過系統(tǒng)幾何關(guān)系，利用三角原理計(jì)算得到物體的三維坐標(biāo)。結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法在實(shí)際三維測(cè)量中被廣泛使用，但是測(cè)量精度受物理光學(xué)的限制，存在遮擋問題，測(cè)量精度與速度相互矛盾，難以同時(shí)得到提高。目前結(jié)構(gòu)光主要有四種基本的照明形式：第一種是點(diǎn)結(jié)構(gòu)光。激光器發(fā)出的光束投射到物體上產(chǎn)生一個(gè)光點(diǎn)，光點(diǎn)經(jīng)攝像機(jī)的鏡頭成像在攝像機(jī)的像平面上，形成一個(gè)二維點(diǎn)。攝像機(jī)的視線和光束在空間中于光點(diǎn)處相交，形成一種簡單的三角幾何關(guān)系。通過一定的標(biāo)定可以得到這種三角幾何約束關(guān)系，并由其可以唯一確定光點(diǎn)在某一已知世界坐標(biāo)系中的空間位置。由于需要通過逐點(diǎn)掃描物體進(jìn)行測(cè)量，圖像攝取和處理需要的時(shí)間隨著被測(cè)物體的增大而急劇增加。第二種是線結(jié)構(gòu)光。投射器向被測(cè)物體表面投射一個(gè)片狀光束，光條由于物體表面深度的變化以及可能的間隙而受到調(diào)制，表現(xiàn)在圖像中則是光條發(fā)生畸變和不連續(xù)，畸變的程度與深度成正比，不連續(xù)則顯示出了物體表面的物理間隙。本質(zhì)上就是從畸變的光條圖像信息中獲取物體表面的三維信息。實(shí)際上，線結(jié)構(gòu)光也可以說是點(diǎn)結(jié)構(gòu)光的擴(kuò)展。過相機(jī)光心的視線束在空間中與激光平面相交產(chǎn)生很多交點(diǎn)，在物體表面處的交點(diǎn)則是光條上眾多的光點(diǎn)，因而便形成了點(diǎn)結(jié)構(gòu)光模式中類似額度眾多的三角幾何約束。很明顯，與點(diǎn)結(jié)構(gòu)光模式相比較，線結(jié)構(gòu)光模式的測(cè)量信息量大大增加，而其實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性并沒有增加，因而得到廣泛應(yīng)用。第三種是多線結(jié)構(gòu)光。多線結(jié)構(gòu)光是光帶模式的擴(kuò)展。投射器向被測(cè)物體表面投射多條光條，其目的一方面是為了在一幅圖像中可以處理多條光條，提高處理效率，另一方面是為了實(shí)現(xiàn)物體表面的多光條覆蓋從而增加測(cè)量的信息量，以獲得物體表面更大范圍的深度信息。第四種是面結(jié)構(gòu)光。投射器投射一個(gè)二維圖形到被測(cè)物體表面，這樣不需要進(jìn)行掃描就可以實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量。當(dāng)投影的結(jié)構(gòu)光圖像比較復(fù)雜時(shí)，為了確定物體表面點(diǎn)與其圖像像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要對(duì)投射的圖案進(jìn)行編碼，因而這類方法又稱編碼結(jié)構(gòu)光測(cè)量法。圖案編碼分為空域編碼和時(shí)域編碼。空域編碼只需要一次投射就可以獲得物體深度圖，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。時(shí)域編碼需要將多個(gè)不同的投射編碼圖案組合起來解碼。近年來，伴隨著激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及圖像處理等高新技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)非接觸式測(cè)量技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，尤其是以結(jié)構(gòu)光照明三維成像系統(tǒng)為代表的三維測(cè)量技術(shù)得到了較大發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)、光學(xué)元器件的性價(jià)比大幅提高，結(jié)構(gòu)光照明三維成像系統(tǒng)的實(shí)用性、商業(yè)性日益明顯，但此技術(shù)中仍存在著諸多問題，亟待解決。大致可以概括為以下兩個(gè)方面：1、遮擋問題由于結(jié)構(gòu)光照明三維成像系統(tǒng)是基于光學(xué)三角法進(jìn)行測(cè)量，投影儀和攝像機(jī)之間存在著一定的夾角，通過拍攝受待測(cè)物體表面調(diào)制而變形的圖案，解出包含在變形圖案中的投影儀坐標(biāo)信息，然后根據(jù)投影儀坐標(biāo)和高度映射關(guān)系來獲取物體三維面形信息。此時(shí)若物體表面的高度劇烈變化或者不連續(xù)，便會(huì)造成陰影、遮擋等問題。增加投影儀和攝像機(jī)之間的夾角，可以提高系統(tǒng)的測(cè)量精度，但同時(shí)也導(dǎo)致了更多的遮擋和陰影，局部區(qū)域的測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠。2、對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配問題在面結(jié)構(gòu)光照明三維成像系統(tǒng)工作過程中，通過編碼來確定投影儀與攝像機(jī)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，因此可靠的對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配關(guān)系是結(jié)構(gòu)光照明三維成像系統(tǒng)測(cè)量中的一個(gè)極其重要的問題。實(shí)際中，由于陰影、遮擋、噪音及局部采樣不足等原因，造成解碼錯(cuò)誤，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)點(diǎn)的誤匹配。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的在于提供一種三維檢測(cè)裝置，其采用彩色編碼三維檢測(cè)技術(shù)，以解決結(jié)構(gòu)光照明三維成像技術(shù)中的遮擋問題及對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配問題，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三維檢測(cè)裝置，其包括：成像裝置，彩色光源裝置，處理裝置，所述成像裝置，采集彩色光源裝置作用在被測(cè)物上的彩虹條紋，并傳輸至處理裝置，以進(jìn)行彩色編碼，并轉(zhuǎn)換為HSV，以在色調(diào)H分量上與預(yù)設(shè)閥值比對(duì)。進(jìn)一步的，所述彩色光源裝置包括：至少三組顏色不同的光源模組。進(jìn)一步的，所述光源模組分別采用R、G、B三色LED。進(jìn)一步的，各所述光源模組呈環(huán)狀，具有不同直徑，并相互間隔同軸設(shè)置，且相互間至少部分不重疊遮擋。進(jìn)一步的，所述成像裝置的取景方向設(shè)在所述環(huán)狀光源模組的中軸，以透過所述環(huán)狀光源模組中心孔向下取景。進(jìn)一步的，所述成像裝置與所述彩色光源裝置及被測(cè)物基本保持在同一垂直線。進(jìn)一步的，所述成像裝置為攝像機(jī)。進(jìn)一步的，所述光源模組內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)模組，以控制所述光源模組輸出的顏色。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種三維檢測(cè)方法，其特征在于，包括步驟：S1采集至少三種顏色光源作用于被測(cè)物上的彩虹條紋；S2進(jìn)行彩色編碼，并轉(zhuǎn)換為HSV；S3在色調(diào)H分量上與預(yù)設(shè)閥值對(duì)比。進(jìn)一步的，所述S1采集RGB光源作用于被測(cè)物體上的彩虹條紋。通過本發(fā)明提供的一種三維檢測(cè)裝置及方法，能夠極大的減小陰影、遮擋、噪音等因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，并最大程度簡化三維測(cè)量方式，且算法簡單，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高。附圖說明構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1為結(jié)構(gòu)光三角法原理示意圖。圖2為點(diǎn)結(jié)構(gòu)光原理示意圖。圖3為線結(jié)構(gòu)光原理示意圖。圖4為多線結(jié)構(gòu)光原理示意圖。圖5為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)光原理示意圖。圖6為本發(fā)明的一種三維檢測(cè)裝置示意圖。圖7為本發(fā)明的一種三維檢測(cè)裝置檢測(cè)流程示意圖。圖8為HSV顏色空間模型示意圖。圖9至圖12為本發(fā)明的一種三維檢測(cè)裝置對(duì)被測(cè)零件正反面邊緣彩色編碼之圖和RGB、HSV顏色空間直方圖。圖中標(biāo)號(hào)：1為成像裝置，2彩色光源裝置，3為被測(cè)零件，4為第一組環(huán)狀光源模組，5為第二組環(huán)狀光源模組，6為第三組環(huán)狀光源模組。具體實(shí)施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。圖1～圖5分別介紹了結(jié)構(gòu)光三角法原理以及四種基本的結(jié)構(gòu)光照明形式。圖6為本發(fā)明的一種三維檢測(cè)裝置的較佳實(shí)施方式，其中該三維檢測(cè)裝置采用彩色編碼三維檢測(cè)技術(shù)，其能夠?qū)Ρ粰z測(cè)物的差異進(jìn)行高效識(shí)別，在應(yīng)用中可以作為自動(dòng)化產(chǎn)線中的品質(zhì)鑒別或特征識(shí)別等功能裝置，本實(shí)施例中以對(duì)一具有肉眼難以辨別特征的金屬零件(以下簡稱被測(cè)零件3)進(jìn)行正反面的識(shí)別為例說明。具體的，該三維檢測(cè)裝置包括：成像裝置1，其設(shè)置在該被測(cè)零件3垂直位上方，本實(shí)施例優(yōu)選攝像機(jī)，彩色光源裝置2，設(shè)置在該成像裝置1與該被測(cè)零件3之間。其中該彩色光源裝置2優(yōu)選采用RGB三色LED光源制成，呈三組半徑不同的環(huán)狀光源模組，且相互之間不重疊遮擋或至少部分不重疊遮擋，此外該三組環(huán)狀光源模組相互同軸，并間隔。具體來說，本實(shí)施例中第一組環(huán)狀光源模組4設(shè)為紅色，第二組環(huán)狀光源模組5為綠色，第三組環(huán)狀光源模組6為藍(lán)色的排布位置為例，該三組環(huán)狀光源模組每組分別輸出RGB中的一種顏色，通過該環(huán)狀光源模組內(nèi)設(shè)的驅(qū)動(dòng)模組，控制變色，以產(chǎn)生多樣化的顏色輸出，因此當(dāng)被測(cè)物顏色與RGB中某色重疊時(shí)，為了提高檢測(cè)效率可及時(shí)變化顏色輸出。進(jìn)一步的該成像裝置1的取景方向設(shè)置在該三組環(huán)狀光源模組的中軸，以透過該環(huán)狀光源中心孔向下取景，具體來說，該成像裝置1，彩色光源裝置2，被測(cè)零件3基本保持在同一垂直線，通過此位置設(shè)置，能夠很好地解決被測(cè)零件3，因表面高度劇烈變化或者不連續(xù)而造成的陰影、遮擋等問題，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。具體來說，該成像裝置1與彩色光源裝置2的上述位置設(shè)置，能使彩色光源裝置2的不同照射角度的入射光在被測(cè)零件3邊緣反射后，被成像裝置1捕捉，以在圖像上被呈現(xiàn)出不同寬度的彩虹條紋。當(dāng)本實(shí)施例中被測(cè)零件3的正面邊緣帶有圓滑處理的特征，因而被測(cè)零件3邊緣與被測(cè)零件3表面存在客觀的較小的弧度或梯度變化，故當(dāng)該彩色光源裝置2的RGB三色光照射至被測(cè)零件3邊緣特征時(shí)，由于各組環(huán)狀光源模組位置及直徑尺寸不同，因而所對(duì)應(yīng)的光源入射角也不同的RGB三色光均能在圓弧面或梯度上相應(yīng)的位置以一條光路反射至相成像裝置1，從而在圖像上呈現(xiàn)出較寬且明顯的彩虹條紋以形成第一彩色編碼。而被測(cè)零件3的反面邊緣本實(shí)施例中為垂直切割，此處被測(cè)零件3的邊緣與被測(cè)零件3的表面幾乎成直角，梯度變化較大，故當(dāng)彩色光源裝置2的RGB三色光照射至物體邊緣時(shí)，只有入射角最小的，該第一組環(huán)狀光源模組4激發(fā)的紅色光線能反射至相機(jī)鏡頭，而其他顏色光因入射角較大，無法反射至相機(jī)鏡頭，從而在圖像上呈現(xiàn)出較窄且不明顯的彩虹條紋以形成第二彩色編碼。進(jìn)一步的，該三維檢測(cè)裝置還包括：處理裝置，其通過對(duì)該成像裝置1采集的彩虹條紋進(jìn)行計(jì)算處理后獲得檢測(cè)結(jié)果，具體的，以上述該被測(cè)零件3正反面檢測(cè)流程為例，輔以圖7為參考。首先，通過成像裝置1獲取該彩色光源裝置2向被測(cè)零件3投射的三色光照RGB圖像，本實(shí)施例中為了更好地獲取被測(cè)零件3的正反面邊緣彩色編碼，將圖像由RGB轉(zhuǎn)換到HSV顏色空間處理。生成HSV顏色空間直方圖，對(duì)色調(diào)H分量直方圖進(jìn)行比對(duì)分析，通過設(shè)定合理閾值獲得檢測(cè)結(jié)果。進(jìn)一步的，請(qǐng)參閱圖8為HSV顏色空間模型示意圖。HSV(Hue，Saturation，Value)是由A.R.Smith在1978年根據(jù)顏色的直觀特性創(chuàng)建的一種顏色空間，也稱六角錐體模型(Hex-coneModel)。該HSV模型中顏色的參數(shù)分別是：色調(diào)(H)，飽和度(S)，亮度(V)。1、色調(diào)H。用角度度量，取值范圍為0°～360°，從紅色開始按逆時(shí)針方向計(jì)算，紅色為0°，綠色為120°，藍(lán)色為240°。2、飽和度S，取值范圍為0.0～1.0，值越大，顏色越飽和。3、亮度V，取值范圍為0(黑色)～255(白色)。RGB到HSV的轉(zhuǎn)換：V＝max(R,G,B)S=V-min(R,G,B)VifV≠00otherwise]]>H=60*(G-B)V-min(R,G,B)ifV=R120+60*(B-R)V-min(R,G,B)ifV=G240+60*(R-G)V-min(R,G,B)ifV=B]]>根據(jù)上述HSV模型，具體的，請(qǐng)參閱圖9是被測(cè)零件3正反面邊緣彩色編碼圖和RGB、HSV顏色空間直方圖。由被測(cè)零件3正反面邊緣彩色編碼圖可以看到，該彩色光源裝置2的該三組環(huán)狀光源模組，從不同照射角度入射不同顏色光在被測(cè)零件3邊緣反射后呈現(xiàn)出不同寬度的彩虹條紋。被測(cè)零件3正面邊緣帶有圓滑處理、梯度變化較小，故當(dāng)RGB三色光照射至被測(cè)零件3邊緣時(shí)，在圖像上呈現(xiàn)出較寬且明顯的彩虹條紋。而被測(cè)零件3反面邊緣為垂直切割，梯度變化較大，故當(dāng)RGB三色光照射至被測(cè)零件3邊緣時(shí)，在圖像上呈現(xiàn)出較窄且不明顯的彩虹條紋。由RGB顏色空間直方圖可以看到，被測(cè)零件3正反面R、G、B三通道分量均無規(guī)律可循。而由HSV顏色空間直方圖色調(diào)H分量可以看到，被測(cè)零件3正反面呈現(xiàn)出了完全不同的特征分布，進(jìn)而經(jīng)過多次檢測(cè)及比對(duì)即可對(duì)需要檢測(cè)的被測(cè)物進(jìn)行定標(biāo)，以便后續(xù)自動(dòng)化檢測(cè)識(shí)別，故可以很好地區(qū)分該被測(cè)零件3正反面。當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，上述三維檢測(cè)裝置除能夠根據(jù)被測(cè)物體邊緣的彩色編碼進(jìn)行識(shí)別判斷外，也可以用于針對(duì)被測(cè)物體的被測(cè)表面粗糙度檢測(cè)。具體的，該彩色光源裝置2的該三組環(huán)狀光源模組，從不同照射角度，入射不同顏色光在被測(cè)物體表面，其中該被測(cè)物體表面具有客觀的坑洼，當(dāng)光線射入該坑洼地帶后，將引起反射，并在相應(yīng)位置射入成像裝置1，以獲取不同寬度的彩虹條紋圖像，后經(jīng)過該處理裝置處理計(jì)算后，形成彩色編碼，并將該圖像由RGB轉(zhuǎn)換到HSV顏色空間處理。生成HSV顏色空間直方圖，對(duì)色調(diào)H直方圖進(jìn)行對(duì)比分析，通過設(shè)定合理閾值獲得檢測(cè)結(jié)果，以對(duì)當(dāng)前被測(cè)物體表面粗糙度形成判斷。通過本發(fā)明提供的一種三維檢測(cè)裝置及方法，免去通過編碼尋找可靠對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配關(guān)系，且陰影、遮擋、噪音等因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較小。以結(jié)構(gòu)光為基礎(chǔ)的三維測(cè)量通過系統(tǒng)幾何關(guān)系，利用三角原理計(jì)算得到物體的三維坐標(biāo)，復(fù)雜性較高。而本發(fā)明通過彩色編碼三維檢測(cè)技術(shù)最大程度簡化三維測(cè)量，算法簡單，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高。上述實(shí)施例中，雖舉例對(duì)金屬零件進(jìn)行檢測(cè)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，上述技術(shù)方案也可用于其他具有光線反射特性的材料零件的檢測(cè)，同時(shí)上述實(shí)施例雖依舉了RGB三色作為該三維檢測(cè)裝置的照明光源，但本發(fā)明并未對(duì)其進(jìn)行限制，在其他實(shí)施方式中，亦可采用區(qū)分較為明顯的三種不同顏色的照明光源進(jìn)行替代，同時(shí)也未對(duì)該環(huán)狀光源模組的形狀進(jìn)行限制，任何能夠通過不同入射角度以射入不同顏色光在被測(cè)物體上進(jìn)行反射后能夠被該成像裝置1所采集，的形狀都再本發(fā)明實(shí)施例揭露范圍之內(nèi)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3