1.一种基于激光连续波调制原理的平板玻璃质量检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,通过图像采集模块利用深度相机采集红外图像和深度数据并存储在计算机中,外图像包含格雷码图像和标定相机所需的棋盘图像;
步骤2,对采集到的图像进行平滑和去噪处理;
步骤3,通过采集到的红外图像中的有效区域即被测平板玻璃区域进行边缘提取,缩短程序的处理时间;
步骤4,对采集到的红外格雷码图像进行格雷码的编码与解码,分别得到被测平板玻璃的正、反面表面点即面失真三维点,从而得到参考光线方向;
步骤5,对图像采集设备的标定,得到相机光线方向;
步骤6,基线方法估算平板玻璃正、反面表面点:根据相机光线方向、参考光线方向以及被测物体反面表面点,结合基线方法估算平板玻璃正、反面表面点,从而得到平板玻璃厚度的测量结果。
2.根据权利要求1所述的基于激光连续波调制原理的平板玻璃质量检测方法,其特征在于,步骤2中,采用邻域平均法对图像平滑处理和噪点的消除。
3.根据权利要求1所述的基于激光连续波调制原理的平板玻璃质量检测方法,其特征在于,步骤3中,首先将红外图像转变为单通道灰度图像,然后利用阈值分割出被测平板玻璃,由于被测物体与背景区分度不大,所以在这里直接生成一个边长都是弧形的四边形与阈值分割的区域进行相交,再使用填充区域操作填充内部空洞,得到被测平板玻璃的有效区域,最后按照边缘检测的结果把原有图像进行裁剪,得到处理后的红外图像,从而减小程序计算量。
4.根据权利要求1所述的基于激光连续波调制原理的平板玻璃质量检测方法,其特征在于,步骤4中:首先按照次序读取裁剪后的红外图像,一共有四组图像,一组图像有14张,前7张代表刻画横坐标的格雷码,后7张代表刻画纵坐标的格雷码;计算时,把一组中的前7张格雷码图像读取到一个cell数组中,主要考察这组图像的每一个位置的像素点的灰度值;在这里约定灰度值在200与255就代表为1,其余灰度值则代表为0,因此一组图像每一个像素点位置都对应一个格雷码;再将每一个格雷码按照“保留格雷码的最高位作为自然二进制码的最高位,而次高位自然二进制码为高位自然二进制码与次高位格雷码相异或”的法则转变为二进制码,之后就可以转换为十进制,也就是利用这一组前7张图像刻画了横坐标,纵坐标的求法也是如此;
在第一个位置采集红外图像时,先拍摄一组未加平板玻璃的格雷码图像,再拍摄一组加平板玻璃的格雷码图像,利用上述的格雷码图像的编码与解码方法,得到未加平板玻璃和加平板玻璃的十进制图像,将两者相减,就得到了第一个位置失真的三维点B1,在第二个位置采用同样的操作得到第二个位置失真的三维点B2,最后将两个位置失真的三维点相减并且同样归一化,就是参考光线方向 即
5.根据权利要求1所述的基于激光连续波调制原理的平板玻璃质量检测方法,其特征在于,步骤5中:相机光线方向:校准相机之后,就可以知道相机投影矩阵,像素坐标与世界坐标之间关系可以用以下算式来表示:其中Zc为相机镜头与参考背景的实际距离;[u;v;1]为图像像素坐标,[Xw;Yw;Zw;1]为世界物理坐标; 为相机内参数矩阵, 为图像水平轴u轴上的有效焦距,f为相机的焦距; 为图像垂直轴v轴上的有效焦距,而 u0、v0分别为图像水平轴u轴的尺度因子、图像垂直轴v轴的尺度因子、假设的图像坐标系的原点在像素坐标系中的为(u0,v0); 为相机外参数矩阵,为3x3正交旋转矩阵, 为3x1的三维平移矢量;
因此世界物理坐标可以通过以下算式来表示,而相机光线方向 就是世界物理坐标[Xw;Yw;Zw]归一化后的结果,注意在MATLAB中运算时,矩阵间相除的运算“/”要用“\”代替:
6.根据权利要求1所述的基于激光连续波调制原理的平板玻璃质量检测方法,其特征在于,步骤6中,基线方法估算平板玻璃正、反面表面点的步骤具体为:根据折射光线中的斯涅耳法线定律,可以定义反面表面的某一点i的斯涅耳法线为:
其中, 表示反面表面某一点i点的斯涅耳法线向量; 表示参考光线方向; 表示折射光路与被测平板玻璃正、反表面的交点的空间矢量;n是平板玻璃的折射率;
同时,根据曲面的法线的算术求法,该点还存在算术法线为:
其中, 表示某一点i点的算术法线; 表示第一个位置参考板上的参考点、从被测平板玻璃反面表面点到第一个参考点的距离; 表示参考光线方向;u、v表示图像水平轴u轴、图像垂直轴v轴;代表数学偏微分计算;
从公式(3)和(4)可以知道,如果计算正确,两个法线应该重合,公式如下:
但是 各自的表达式中存在多个变量,因此结合现有的深度相机固有模型,用如下算式表示:其中D表示相机镜头与参考背景的实际距离,由深度相机直接进行读取;O表示相机光心坐标;A1、A2表示被测平板玻璃正、反面表面的点;B1、B2表示某个像素对应的前后移动参考板时的一组失真三维点; 分别表示从相机光心到被测平板玻璃正面表面点的距离以及从被测平板玻璃反面表面点到第一个参考点的距离; 表示折射光路与被测平板玻璃正、反表面的交点的直接距离;n是平板玻璃的折射率;
在公式(6)中存在 三个未知数,根据向量的数量关系,可以得到三个
未知数之间的数量关系:
其中, 分别为相机光线方向和参考光线方向; 表示被测平板
玻璃正面表面点、被测平板玻璃反面表面点、第一个位置参考板上的参考点、折射光路与被测平板玻璃正、反表面的交点的空间矢量; 即 由两个位置的失真的三维点相减可得;
将公式(7)回代至公式(6)中,可以得到以下算式:
结合公式(5)和(8)就可以估算出被测平板玻璃的正、反面表面点,假设某个正面表面点的坐标结果为(a,b,c),其对应的反面表面点的坐标结果为(d,e,f),利用算式(10)计算就是被测平板玻璃的厚度值houdu;
在(10)的基础上,历遍正、反面表面各自对应的所有点就得到了这个平板玻璃的三维点云,可以很好的实现两个面的三维重构;
结合Visual Studio 2010以及PCL库函数生成一个标准平板玻璃的点云模型,结合迭代最近点算法,要找到待配准点云数据与参考云数据之间的旋转参数和平移参数,将测得的三维点云与点云模型最优匹配起来,可以观察到存在的缺陷并且根据缺陷存在的位置并计算出缺陷大小。