СИСТЕМА МНОЖЕСТВЕННЫХ БЕСКОНТАКТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ТРЕХМЕРНЫХ КООРДИНАТ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ

Полезная модель относится к области бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали и используется для автоматического построения трехмерных компьютерных моделей объектов сложной формы, таких как зубы и зубные ряды, лица людей, пластилиновых моделей деталей автомобиля и др.
Из уровня техники известен измерительный комплекс для определения геометрических характеристик поверхности объекта, содержащий оптическое устройство для подсвечивания поверхности измеряемого объекта, представляющее собой слайдопроектор, средство для регистрации изображения подсвечиваемой поверхности объекта, в качестве которого использована телекамера, и информационно-вычислительную систему. В качестве оптического устройства используют слайдопроектор, а в качестве средства для регистрации изображения - телекамеру (RU 2148793, 10.05.2000).
Известен измерительный комплекс для определения геометрических характеристик поверхности объекта, включающий оптическое устройство для подсвечивания поверхности измеряемого объекта, средство для регистрации изображения подсвечиваемой поверхности объекта, и информационно-вычислительную систему. Оптическое устройство выполнено с возможностью проецирования на поверхность объекта распределения световой интенсивности и/или цвета, позволяющей визуализировать величины отклонений формы поверхности объекта от принятого эталона или иные параметры поверхности объекта, характеризующие его форму непосредственно на самой поверхности объекта (RU 53435, 10.05.2006).
Недостатками известных устройств бесконтактных измерений является то, что обычно используют статический подсвет (одним шаблоном) или подсвет серией шаблонов, но не программно-управляемый.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании такой системы множественных бесконтактных измерений трехмерных координат (СМБИТК) поверхности детали, которая исключала бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в обеспечении снижения вероятности ошибочных измерений и адаптивной настройки подсвета для деталей разных типов и отражающих характеристик поверхности за счет использования программно-управляемого проектора и применения интеллектуальных алгоритмов формирования структурированного подсвета, повышении скорости и плотности измерений, снижении вероятности ошибочных измерений.
Указанный технический результат достигается в системе множественных бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали, включающей, по меньшей мере, две цифровые видеокамеры, программно-управляемый проектор структурированного света и компьютер, при этом видеокамеры и проектор закреплены на жестком базисе, фиксирующем их взаимное положение в пространстве таким образом, чтобы оптические оси камер и проекторы были направлены в центр рабочей области системы, где размещается измеряемая деталь.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на фиг.1 которого изображен вид спереди системы множественных бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали; на фиг.2 - вид сбоку системы множественных бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали; на фиг.3 - вид сверху системы множественных бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали.
Система множественных бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали основана фотограмметрических принципах трехмерных измерений и включает две цифровых видеокамеры 1, которые регистрируют изображения поверхности детали, программно-управляемый проектор 2 (мультимедийный) структурированного света и компьютер (персональный) (не показан).
Видеокамеры 1 и проектор 2 закреплены на жестком базисе 3 (основе), фиксирующем их взаимное положение в пространстве. Предварительная процедура калибровки системы позволяет определить положение видеокамер 1 системы (положение центров проектирования и плоскостей формирования изображения) в заданной системе координат. Тогда, если известны координаты изображения заданной точки поверхности объекта в плоскости снимка для левой и для правой камеры 1, трехмерные координаты данной точки поверхности определяются из уравнения пересечения лучей, формирующих изображения данной точки в плоскости снимка для левой и для правой камеры 1. Для расчета пространственных координат поверхности детали, находящейся в рабочей области измерений (области, видимой одновременно обеими камерами 1 системы) на снимках, получаемых с камер 1, определяются соответственные точки на изображениях поверхности детали (координаты заданной точки поверхности на левом и правом изображениях).
Для автоматического распознавания соответственных точек, деталь подсвечивается специальным программно-управляемым структурированным подсветом-проектором 2, обеспечивающим робастное и высокоточное определение координат соответственных точек на изображениях и высокую плотность измерений координат (измерения в каждой точке, подсвеченной проектором 2). Проектор 2, управляемый программой от персонального компьютера, подсвечивает поверхность измеряемого объекта в каждой точке области проекции; снимки поверхности объекта в структурированном свете проектора 2 передаются на компьютер, где обрабатываются для распознавания соответственных точек и расчета их трехмерных координат.
Компьютер осуществляет хранение и обработку изображений детали в структурированном подсвете, хранение трехмерных координат поверхности детали, управление и контроль за процессом измерения.
В основе работы системы множественных бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали применяется фотограмметрический принцип бесконтактных измерений со структурным освещением поверхности детали.
Поверхность детали размещают в поле освещения программно-управляемого проектора структурированного света и одновременно в поле зрения цифровых видеокамер (рабочей области системы).
Программно-управляемым проектором (мультимедийным) проецируют структурированный свет на поверхность детали, с помощью видеокамер получают набор разноракурсных снимков поверхности детали и сохраняют его, затем обрабатывают на персональном компьютере, после чего из полученных данных получают трехмерные координаты точек упомянутой поверхности.
Обработка снимков позволяет получить координаты множества точек поверхности детали, видимых одновременно как минимум с двух камер.
Система нашла практическое применение для проведения множественных бесконтактных измерений (получения массивов трехмерных координат точек поверхности) промышленных деталей /1/. Использовалась для бесконтактных измерений и построения трехмерных компьютерных моделей зубов и зубных рядов /2/. Применялась для измерений и построения трехмерных моделей человека в задачах проектирования одежды /3/.
1. В.А.Князь, С.Ю.Желтов. Автоматическая трехмерная реконструкция наблюдаемой сцены по стерео видео последовательностям. Вестник компьютерных и информационных технологий ISSN 1810-7206, №3, 2006, сс.39-43.
2. V.Knyaz. Photogrammetric Techniques for Dentistry Analysis, Planning and Visualisation. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol.XXXVII, part B5-2, XXIst ISPRS Congress, July 2008, Benjing, China pp.783-788.
3. В.А.Князь, К.Г.Андреева. Методы машинного зрения для автоматизации процессов проектирования и пошива одежды. Автоматизация в промышленности. №11, 2009, стр.39-42.