本发明涉及一种镜像H型钢轮廓尺寸测量方法，所采用的装置包括：平面镜转动导轨机构、结构光投射采集部分、上位机；其特征在于，所述平面镜转动导轨机构包括半圆形导轨、柔性连接架和平面镜；所述结构光投射采集部分包括结构光发生器和工业摄像机；半圆形导轨的弧形区域供平面镜移动，直线区域共结构光发生器移动，平面镜到任何位置的情况下，工业摄像机都能采集到平面镜成像信息，直线区域悬挂结构光发生器，结构光发生器可在直线区域移动，半圆形导轨与柔性连接架的上段相连，从而实现平面镜沿半圆形导轨运动。H型钢轮廓尺寸测量步骤如下：1)搭建测量系统；2)发射并采集线性结构光；3)动态坐标变换及尺寸计算。
1.一种镜像H型钢轮廓尺寸测量方法，所采用的装置包括：平面镜转动导轨机构、结构光投射采集部分、上位机；其特征在于，所述平面镜转动导轨机构包括半圆形导轨、柔性连接架和平面镜；所述结构光投射采集部分包括结构光发生器和工业摄像机；半圆形导轨的弧形区域供平面镜移动，直线区域共结构光发生器移动，平面镜到任何位置的情况下，工业摄像机都能采集到平面镜成像信息，直线区域悬挂结构光发生器，结构光发生器可在直线区域移动，半圆形导轨与柔性连接架的上段相连，从而实现平面镜沿半圆形导轨运动；
所述柔性连接架由两个通过铰链连接的支杆和一个万向节构成，万向节位于柔性连接架的下部，与平面镜相连，一方面通过调节两个支杆的夹角实现平面镜绕水平方向中间轴的转动；另一方面，将两个支杆均调至竖直方向，进一步调节万向节的转动角度可以实现平面镜绕竖直方向中间轴的转动；
所述结构光发生器与工业摄像机的位置固定，结构光发生器向H型钢表面投射线性结构光，工业摄像机采集H型钢表面的线性结构光以及平面镜中所成线性光像，并将图像信息传至上位机；
所述上位机用于接收工业摄像机所拍摄图像数据，并对图像依次进行滤波、特征点提取处理分析，最终实现对H型钢的三维重构，从而获得空间信息直观的三维H型钢检测信息，H型钢轮廓尺寸测量方法，包括以下步骤：
1)搭建测量系统：固定H型钢、结构光发生器、工业摄像机和平面镜转动导轨机构，确保半圆形导轨置于工业摄像机视角范围内，且结构光发生器垂直置于H型钢待测面的正上方，保证H型钢在结构光发生器的投射范围内；
2)发射并采集线性结构光：结构光发生器向H型钢投射线性光，通过调节柔性连接架实现对平面镜姿态的改变，包括三种运动方式：沿半圆形导轨的运动、绕水平方向中间轴的转动和绕竖直方向中间轴的转动，从而确保工业摄像机对H型钢多个角度图像信息的采集；
3)动态坐标变换及尺寸计算：利用上位机进行图像分析和数据处理，根据平面镜的三种运动方式，建立起工业摄像机获取的二维坐标与空间三维坐标间的关系：其中，fu,fv,u0,v0是工业摄像机的内部参数，M,N是坐标转换矩阵，XC,YC,ZC是空间三维坐标，u,v是工业摄像机获取的二维坐标；α,β,θ分别是平面镜绕竖直方向中间轴转动的角度、平面镜绕水平方向中间轴转动的角度和沿半圆形导轨的圆心转动的角度；
运用三维坐标任意两点间距离公式计算P1',P2'两点间的距离，根据下述公式计算P1',P2'真实距离P1P2，其中P1,P2是H型钢上的任意两点，P1',P2'为与P1,P2分别相对应的图像上的两个点，完成对H型钢整体轮廓的三维重构：P1P2＝P1'P2'/cos(π-2α)。
镜像H型钢轮廓尺寸测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及检测技术领域，具体指一种镜像H型钢轮廓尺寸测量装置及测量方法。
背景技术
[0002] 在建筑工程蓬勃发展的今天，H型钢的意义不言而喻。钢结构的制作过程中，要完成切割、焊接、倒角等一系列复杂程序，这使得工厂生产出来的H型钢尺寸很难达到标准值。
因此，在H型钢的精密加工和切割过程中时刻对其进行精确的尺寸检测，对保证H型钢产出
质量以及建筑工程应用都具有重要意义。
[0003] 近几年，以计算机视觉检测技术为依托的H型钢尺寸测量系统层出不穷，其具体实现方法大致可分为单目视觉法和多目视觉法。单目视觉法采用一台工业摄像机拍摄单张图
片进行测量，其结构简单，但由于工业摄像机自身视角限制，容易存在拍摄盲区；多目视觉
法采用两台或两台以上的工业摄像机从不同的角度拍摄多张图片进行组合分析，得到测量
结果，其可基本消除单目视觉法带来的视野盲区问题，但因采用多台工业摄像机，采购支出
昂贵，且要将多张不同角度的图片共同处理，算法的空间复杂性和时间复杂性都相对较大。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种镜像H型钢轮廓尺寸测量装置及测量方法。本装置基于平面镜成像原理，能够将工业摄像机视野盲区的H型钢特征点成
像在平面镜中，通过工业摄像机对镜面中图像数据的采集，完成对H型钢的多角度扫描和三
维重构。
[0005] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案为：
[0006] 一种镜像H型钢轮廓尺寸测量方法，所采用的装置包括：平面镜转动导轨机构、结构光投射采集部分、上位机；其特征在于，所述平面镜转动导轨机构包括半圆形导轨、柔性
连接架和平面镜；所述结构光投射采集部分包括结构光发生器和工业摄像机；半圆形导轨
的弧形区域供平面镜移动，直线区域共结构光发生器移动，平面镜到任何位置的情况下，工
业摄像机都能采集到平面镜成像信息，直线区域悬挂结构光发生器，结构光发生器可在直
线区域移动，半圆形导轨与柔性连接架的上段相连，从而实现平面镜沿半圆形导轨运动。
[0007] 所述结构光发生器与工业摄像机的位置固定，结构光发生器向H型钢表面投射线性结构光，工业摄像机采集H型钢表面的线性结构光以及平面镜中所成线性光像，并将图像
信息传至上位机。
[0008] 所述上位机用于接收工业摄像机所拍摄图像数据，并对图像依次进行滤波、特征点提取处理分析，最终实现对H型钢的三维重构，从而获得空间信息直观的三维H型钢检测
信息。
[0009] H型钢轮廓尺寸测量方法，包括以下步骤：
[0010] 1)搭建测量系统：固定H型钢、结构光发生器、工业摄像机和平面镜转动导轨机构，确保半圆形导轨置于工业摄像机视角范围内，且结构光发生器垂直置于H型钢待测面的正
上方，保证H型钢在结构光发生器的投射范围内；
[0011] 2)发射并采集线性结构光：结构光发生器向H型钢投射线性光，通过调节柔性连接架实现对平面镜姿态的改变，包括三种运动方式：沿半圆形导轨的运动、绕水平方向中间轴
的转动和绕竖直方向中间轴的转动，从而确保工业摄像机对H型钢多个角度图像信息的采
集；
[0012] 3)动态坐标变换及尺寸计算：利用上位机进行图像分析和数据处理，根据平面镜的三种运动方式，建立起工业摄像机获取的二维坐标与空间三维坐标间的关系：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 其中，fu,fv,u0,v0是工业摄像机的内部参数，M,N是坐标转换矩阵，XC,YC,ZC是空间三维坐标，u,v是工业摄像机获取的二维坐标。α,β,θ分别是平面镜绕竖直方向中间轴转动
的角度、平面镜绕水平方向中间轴转动的角度和沿半圆形导轨的圆心转动的角度；
[0017] 运用三维坐标任意两点间距离公式计算P1',P2'两点间的距离，根据下述公式计算P1,P2真实距离P1P2，其中P1,P2是H型钢上的任意两点，完成对H型钢整体轮廓的三维重构：
[0018] P1P2＝P1'P2'/cos(π-2α)。
[0019] 优选地，；所述柔性连接架由两个通过铰链连接的支杆和一个万向节构成，万向节位于柔性连接架的下部，与平面镜相连，一方面通过调节两个支杆的夹角实现平面镜绕水
平方向中间轴的转动；另一方面，将两个支杆均调至竖直方向，进一步调节万向节的转动角
度可以实现平面镜绕竖直方向中间轴的转动。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] 1)本发明装置利用平面镜成像原理，在应用一台工业摄像机的情况下，即可实现对H型钢进行多角度全方位的图像信息采集，避免了视野盲区带来的困难，减少了工业摄像
机的数量，大幅降低了成本；
[0022] 2)本发明所提出的测量方法实现了H型钢轮廓从图像尺寸到真实尺寸的转换，能够准确有效地测量H型钢的轮廓尺寸；
[0023] 3)本发明装置及方法适用范围广，可以用于测量H型钢的轮廓尺寸信息，也可以用于检测对H型钢表面缺陷。
附图说明
[0024] 图1为本发明镜像H型钢轮廓尺寸测量装置结构示意图；
[0025] 图2为本发明镜像H型钢轮廓尺寸测量装置柔性连接架示意图；
[0026] 图3为本发明镜像H型钢轮廓尺寸测量方法结构图；
[0027] 图4为本发明装置上位机界面示意图；
[0028] 图中：
[0029] 1-半圆形导轨；2-柔性连接架；3-平面镜；4-结构光发生器；5-H型钢；6-工业摄像机；7-上位机。
具体实施方式
[0030] 下面结合实施例对本发明的技术方案进行清楚完整的描述及说明，但并不以此作为本申请保护范围的限定。
[0031] 本发明一种镜像H型钢轮廓尺寸测量装置(简称装置，参见图1-4)包括平面镜转动导轨机构(1、2、3)、结构光投射采集部分(4、6)和上位机7，这三部分相互协作，共同实现对H
型钢5的多角度检测，并将检测数据进行整合分析，完成对H型钢5整体轮廓的三维重构，获
得H型钢5轮廓尺寸信息。
[0032] 所述平面镜转动导轨机构由半圆形导轨1、柔性连接架2和平面镜3组成。半圆形导轨1在工业摄像机6视角范围内，保证平面镜3移动到任何位置，工业摄像机6都能采集到平
面镜3成像信息，半圆形导轨的弧形区域供平面镜移动，直线区域供结构光发生器移动，在
直线区域悬挂结构光发生器4，根据实际情况需要，结构光发生器4可在直线区域移动；所述
半圆形导轨1与柔性连接架2的上段相连，用于实现平面镜3沿半圆形导轨的运动；所述柔性
连接架2由两个通过铰链连接的支杆和一个万向节构成，万向节位于柔性连接架2的下部，
与平面镜3相连，一方面通过调节两个支杆的夹角可以实现平面镜3绕水平方向中间轴的转
动；另一方面，将两个支杆均调至竖直方向，进一步调节万向节的转动角度可以实现平面镜
3绕竖直方向中间轴的转动。
[0033] 所述结构光投射采集部分由结构光发生器4和工业摄像机6组成，结构光发生器4固定在H型钢5腹板中心位置的正上方，高度在线性光可投射的范围内；工业摄像机6固定于
与H型钢5表面成60°夹角的位置；结构光发生器4将线性结构光投射在H型钢5表面，工业摄
像机6将对H型钢5表面的线性结构光以及平面镜3中所成线性结构光像进行采集。
[0034] 所述上位机7接收工业摄像机6所拍摄图像数据，并对图像进行滤波、特征点提取等处理分析，最终对H型钢5进行三维重构，重构后的H型钢5立体图将展示在终端界面中，H
型钢5尺寸的误差分析也会一并显示；与此同时，图像处理过程中各个步骤的结果如滤波效
果、特征点等也都会在终端界面进行显示。
[0035] 本发明还给出一种镜像H型钢5轮廓尺寸测量方法(简称方法)，该方法使用上述的镜像H型钢5轮廓尺寸测量装置，并包括以下步骤：
[0036] 1)搭建测量系统：固定H型钢5、结构光发生器4、工业摄像机6和平面镜3转动导轨机构，半圆形导轨1置于工业摄像机6视角范围内，且结构光发生器4垂直置于H型钢5待测面
的正上方，保证H型钢5在结构光的投射范围内；
[0037] 2)发射并采集线性结构光：结构光发生器4向H型钢5投射线性光，通过调节柔性连接架2实现对平面镜3姿态的改变(包括沿半圆形导轨的运动、绕水平方向中间轴的转动和
绕竖直方向中间轴的转动)，从而确保工业摄像机6对H型钢5进行多个角度图像信息的采
集；
[0038] 3)动态坐标变换及尺寸计算：利用上位机7进行图像分析和数据处理，根据平面镜3的三种运动方式，建立起工业摄像机6获取的二维坐标与空间三维坐标间的关系：
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 其中，fu,fv,u0,v0是工业摄像机6的内部参数，M,N是坐标转换矩阵，XC,YC,ZC是空间三维坐标，u,v是工业摄像机6获取的二维坐标。α,β,θ分别是平面镜绕竖直方向中间轴转
动的角度、平面镜3绕水平方向中间轴转动的角度和沿弧形导轨1的圆心转动的角度；
[0043] 然后运用三维坐标任意两点间距离公式计算P1',P2'两点间的距离，根据下述公式计算P1,P2真实距离P1P2，其中P1,P2是H型钢上的任意两点，最终完成对H型钢5整体轮廓的三
维重构；
[0044] P1P2＝P1'P2'/cos(π-2α)。
