激光结构光与双目视觉的焊缝三维重建技术

"郑鹭斌、王晓栋和严菲发表于《激光与光电子学进展》的论文，提出了一种基于线结构光和双目视觉技术的焊缝三维重建方法，旨在满足自动焊接机器人系统的需求。该方法通过轮廓点曲率获取激光条纹的关键点，计算轮廓横截面的法向量，并利用激光条纹的正态分布特性及灰度重心法确定条纹中心线。将图像坐标转换为世界坐标后，完成焊缝的三维空间信息重建。实验结果显示，该方法具有快速、精确的优点。" 本文主要探讨了在机器视觉领域的焊缝三维重建技术，采用了一种创新的结合线结构光和双目视觉的策略。线结构光是指利用结构化的光束（如激光条纹）投影到焊缝表面，通过分析反射或透射光的变化来获取物体表面信息。这种方法的关键在于精确地解析激光条纹的特征。 首先，文章介绍了一个关键步骤——轮廓点曲率提取。通过对焊缝图像的边缘检测和分析，可以找到激光条纹的轮廓点，并计算这些点的曲率。曲率是描述曲线局部弯曲程度的数学量，这里的应用有助于识别出激光条纹轮廓的关键点，这些点通常对应着焊缝的显著特征。 接下来，提取的轮廓关键点被用于计算轮廓横截面的法向量。法向量是与表面垂直的向量，对于理解焊缝的几何形状至关重要，因为它提供了关于焊缝在三维空间中朝向的信息。 然后，文章提到激光条纹的灰度分布通常服从正态分布，即高斯分布。利用这一特点，可以通过灰度重心法来确定条纹的中心线。灰度重心法是一种图像处理技术，可以有效地找出图像中亮度值的平均位置，即条纹的中心，这对于后续的空间坐标转换至关重要。 在获取了这些信息后，文章进一步解释了如何将焊缝在双目摄像机的图像坐标系中的点转换到实际世界坐标系中。双目视觉技术利用两个相机的不同视角来估算深度信息，通过三角测量原理重建焊缝的三维结构。 最终，通过上述步骤，实现了焊缝的三维空间信息重建，这为自动焊接机器人提供了精确的焊缝定位和跟踪数据，提高了焊接质量和效率。实验结果表明，该方法在速度和准确性上表现出色，完全能够满足自动化焊接系统的要求。 关键词涉及的领域包括机器视觉，线结构光，偏态分布（指激光条纹的灰度分布），灰度重心法，以及三维重建技术，这些都是实现焊缝三维重建过程中的核心技术。中图分类号TN247代表了光学工程，而文献标识码A则表示这是一篇科学研究论文。最后，doi:10.3788/LOP51.041005是该论文的数字对象标识符，用于在全球范围内唯一标识这篇学术作品。