中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

在当今制造业迈向智能化的浪潮中，机器视觉技术以其独特的优势——无接触、高精度以及对大视场的适应能力——在精密测量和高端制造领域扮演着越来越关键的角色。传统的基于光学测量方法的非接触三维测量方法主要依赖于激光在物体表面的反射，并不完全适用于透明元件的三维测量工作。因此针对平面透明元件透射率高、特征不明显、大视场下测量精度不高等问题，本文提出了一种基于机器视觉及线激光折射原理的平面透明元件三维测量方法。该方法主要包括平面透明元件图像获取、二维信息测量及高度信息测量三部分。

图像的获取环节，主要涉及相机的标定以及图像拼接两方面。利用张正友标定法完成相机标定，实现世界坐标系与图像坐标系的转换。透明元件特征信息不明显，因此添加特征背景增加平面透明元件的纹理信息，在此基础上基于SURF角点检测的图像配准方法实现大视场环境下图像高精度拼接，同时利用通过机器臂和图像结合的方式优化拼接效率。提出了一种基于OTSU的二值化方法剔除特征背景还原图像信息。

二维信息测量环节，通过轮廓追踪算法识别平面透明元件轮廓，并增加矩形轮廓识别算法，进一步提高透明元件的轮廓识别准确度，获得平面透明元件二维信息。

高度信息测量环节，引入一种激光投影装置，提出一种改进的双边滤波在保留边缘细节前提下最大程度的过滤椒盐噪声，有效提升灰度质心法提取激光线中心的精度。同时结合最小二乘法拟合直线，实现对平面透明元件上下表面的激光异位成像高精度检测，并基于折射原理获得平面透明元件高度信息。

实验结果表明，二维检测的精度为：5微米，相对误差保持在0.02%以下，高度检测的精度为：50微米，相对误差保持在0.78%以下，实现了平面透明元件在大视场下的高精度三维测量。