CN110954013A - 检测方法及其检测*** - Google Patents

Abstract

提供了一种检测方法，其包括以下步骤：提供物体，且将物体的待测区域划分为多个子区域；获取各个子区域的特征向量；设定多个测量方向；根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；提供检测设备；通过检测设备在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。本发明还涉及实现该检测方法的检测***。

Description

检测方法及其检测***

技术领域

本发明涉及一种检测方法，特别是可对物体的待测区域进行分区测量的三维形貌检测方法。本发明还涉及实现该检测方法的检测***。

背景技术

三维形貌检测方法主要包括：接触式(如三坐标测量)和非接触式(主要为光学测量方法，例如色散共聚焦、双目视觉和结构光)。非接触式测量方法不需要与待测物体接触，这能够减少测量过程对于待测物体的损伤。在双目视觉测量过程中，通过两个相机从不同的方向拍摄待测物体的图像，并且根据不同方向拍摄的图像中的对应点间的位置偏差来获取物体的三维几何信息。由于双目视觉测量过程需要获取待测物体的像素信息，而相机无法获取透明物体的像素信息，故双目视觉测量方法很难测量透明物体的三维形貌。结构光检测设备对光源具有很高的要求，成本较高。色散共聚焦测量方法具有测量精度高、设备成本较低等优点，在三维形貌测量中具有较好的应用前景。

然而，由于色散共聚焦设备(例如，色散共聚焦光谱仪)的角度量程或者其它的限制，当被测物体的倾斜度较大或者具有角度差异较大的多个表面时，往往在一个角度下无法测得物体的完整的形貌，而需要在多个角度下测量物体之后再将多块形貌测量结果拼接起来。在该过程中，如何对物体的待测区域进行分区且分配测量方向，会显著影响整个检测过程的精度和效率。

存在对能够实现对物体的待测区域进行合理分区且分配测量方向的新的检测方法的需要。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种新的检测方法。在该检测方法中，将物体的待测区域划分为多个子区域，根据各个子区域的法向量以及检测设备的角度量程，确定检测设备在不同测量方向下所要测量的子区域，并在相应的测量方向下对各个子区域进行测量，获取测量数据并进行三维拼接。

根据本发明的第一方面，提供了一种检测方法，其包括以下步骤：提供物体，且将物体的待测区域划分为多个子区域；获取各个子区域的特征向量；设定多个测量方向；根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；提供检测设备；通过检测设备在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。

根据本发明的第二方面，提供了一种检测***，其用于对物体进行测量，检测***包括：子区域划分模块，其用于将物体的待测区域划分为多个子区域；特征向量获取模块，其用于获取各个子区域的特征向量；测量方向设定模块，其用于设定多个测量方向；测量方向分配模块，其用于根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；检测设备，其用于在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。

技术方案1. 一种检测方法，包括以下步骤：

提供物体，且将所述物体的待测区域划分为多个子区域；

获取各个子区域的特征向量；

设定多个测量方向；

根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；

提供检测设备；

通过所述检测设备在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。

技术方案2. 根据技术方案1所述的检测方法，其特征在于，所述特征向量是各个子区域的法向量。

技术方案3. 根据技术方案1所述的检测方法，其特征在于，各个子区域仅分配一个测量方向；一个或多个子区域分配同一测量方向。

技术方案4. 根据技术方案1所述的检测方法，其特征在于，对各个子区域分配测量方向的步骤包括：将与各个子区域的特征向量的夹角最小的测量方向分配给所述子区域。

技术方案5. 根据技术方案1所述的检测方法，其特征在于，对各个子区域分配测量方向的步骤包括：依次对测量方向进行分配处理，确定分配给各个测量方向的子区域。

技术方案6. 根据技术方案5所述的检测方法，其特征在于，对测量方向进行分配处理的步骤包括：从还未分配测量方向的子区域中，确定与进行分配处理的测量方向的夹角小于设定阈值的特征向量作为待分配向量；将对应于所述待分配向量的子区域分配进行所述分配处理的测量方向。

技术方案7. 根据技术方案6所述的检测方法，其特征在于，所述设定阈值小于或等于所述检测设备的角度量程。

技术方案8. 根据技术方案1所述的检测方法，其特征在于，根据各个子区域的特征向量以及所述检测设备的角度量程设定多个测量方向，使得在所述多个测量方向下的角度范围覆盖所述待测区域。

技术方案9. 根据技术方案8所述的检测方法，其特征在于，各个特征向量包括垂直于第一方向的多个第一特征向量；任意两个第一特征向量之间的夹角的最大值为参考角度；多个测量方向包括第一组测量方向，所述第一组测量方向中的每一个测量方向与所述第一方向垂直；所述第一组测量方向中的测量方向的个数与所述检测设备的角度量程的乘积大于或等于所述参考角度，且相邻测量方向之间的夹角小于或等于所述检测设备的角度量程。

技术方案10. 根据技术方案1所述的检测方法，其特征在于，所述检测信息包括所述子区域的三维形貌信息；所述检测方法还包括：对所述三维形貌信息进行拼接，获得所述待测区域的完整三维形貌。

技术方案11. 根据技术方案1所述的检测方法，其特征在于，所述检测设备包括色散共聚焦设备、双目视觉设备、数字全息设备、结构照明设备或3D显微镜设备。

技术方案12. 根据技术方案1所述的检测方法，其特征在于，所述检测设备包括：置物台，所述置物台用于放置所述物体；检测模块，所述检测模块用于对所述物体进行测量；第一旋转平台，所述第一旋转平台包括垂直于所述检测模块和所述物体的排列方向的第一旋转轴，所述第一旋转平台用于带动所述检测模块或所述物体绕所述第一旋转轴旋转。

技术方案13. 根据技术方案12所述的检测方法，其特征在于，所述检测设备还包括：第二旋转平台，所述第二旋转平台包括平行于所述检测模块和所述物体的排列方向的第二旋转轴，所述第二旋转平台用于带动所述检测模块或所述物体绕所述第二旋转轴旋转；第一平移台，所述第一平移台包括垂直于所述检测模块和所述物体的排列方向的第一平移方向，所述第一平移台用于带动所述检测模块或所述物体沿所述第一平移方向移动；第二平移台，所述第二平移台包括垂直于所述检测模块和所述物体的排列方向的第二平移方向，所述第二平移台用于带动所述检测模块或所述物体沿所述第二平移方向移动。

技术方案14. 一种检测***，用于对物体进行测量，所述检测***包括：

子区域划分模块，其用于将所述物体的待测区域划分为多个子区域；

特征向量获取模块，其用于获取各个子区域的特征向量；

测量方向设定模块，其用于设定多个测量方向；

测量方向分配模块，其用于根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；

检测设备，其用于在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。

根据本发明的检测方法实现了对物体的待测区域进行合理分区，并相应地确定测量方向和测量次数。与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：根据物体的待测区域的空间分布和检测设备的角度量程，方便、快速且自动地对待测区域进行分区并对各个子区域分配测量方向，使整个检测过程的精度和效率最大化。

附图说明

以下参考附图并结合实施例来具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将更加明显，其中，附图所示的内容仅用于对本发明进行解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，附图仅是示意性的，并非严格地按比例绘制。在所有附图中，相同的参考标号表示相同或相似的部分，其中：

图1示出了根据本发明的检测方法的步骤；

图2示出了根据本发明的检测方法的实施例；以及

图3示出了根据本发明的检测方法的另一实施例。

具体实施方式

将在下面描述本发明的一个或多个具体实施例。为了致力于提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须进行许多针对实施方式的决定来实现开发者的具体目标，诸如符合与***有关和与商业有关的约束，约束可能从一个实施方式到另一个实施方式而改变。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但对于具有本公开的益处的普通技术人员而言，将不过是设计、加工和制造的例行工作。

本发明涉及一种检测方法，以及实现该检测方法的检测***。利用该检测方法和检测***，可方便、快速且自动地对物体的待测区域进行分区并对各个子区域分配测量方向，以用于测量之后的拼接。现在参照附图来阐述根据本发明的示例性实施例。

图1示出了根据本发明的实施例的检测方法的步骤。参照图1，本发明提供了一种检测方法，其包括以下步骤：步骤101，提供物体，且将物体的待测区域划分为多个子区域；步骤102，获取各个子区域的特征向量；步骤103，设定多个测量方向；步骤104，根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；步骤105，提供检测设备；步骤106，通过检测设备在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。

检测设备包括色散共聚焦设备、双目视觉设备、数字全息设备、结构照明设备或3D显微镜设备等。在其它实施例中，检测设备包括：置物台，置物台用于放置物体；检测模块，检测模块用于对物体进行测量；第一旋转平台，第一旋转平台包括垂直于检测模块和物体的排列方向的第一旋转轴，第一旋转平台用于带动检测模块或物体绕第一旋转轴旋转。在另外的实施例中，检测设备还包括：第二旋转平台，第二旋转平台包括平行于检测模块和物体的排列方向的第二旋转轴，第二旋转平台用于带动检测模块或物体绕第二旋转轴旋转；第一平移台，第一平移台包括垂直于检测模块和物体的排列方向的第一平移方向，第一平移台用于带动检测模块或物体沿第一平移方向移动；第二平移台，第二平移台包括垂直于检测模块和物体的排列方向的第二平移方向，第二平移台用于带动检测模块或物体沿第二平移方向移动。

在一种实施例中，特征向量是各个子区域的法向量。可选地，各个子区域仅分配一个测量方向；一个或多个子区域分配同一测量方向。由于对分配同一测量方向的一个或多个子区域的测量可在同样的测量方向下完成测量，故较少的测量方向代表了完成测量所需要的较少的总测量次数。

测量方向实际上代表了测量过程中检测设备的检测模块相对于物体的位置关系，该位置关系通过以上第一旋转平台、第二旋转平台中的一者或多者来调节。设定测量方向的方法是，根据各个子区域的特征向量以及检测设备的角度量程设定多个测量方向，使得在多个测量方向下的角度范围覆盖待测区域。检测设备的角度量程指的是检测设备能够测量的物体表面法线之间的最大夹角。

例如，在一种实施例中，各个特征向量包括垂直于第一方向的多个第一特征向量；任意两个第一特征向量之间的夹角的最大值为参考角度；多个测量方向包括第一组测量方向，第一组测量方向中的每一个测量方向与第一方向垂直；第一组测量方向中的测量方向的个数与检测设备的角度量程的乘积大于或等于该参考角度，且相邻测量方向之间的夹角小于或等于检测设备的角度量程。在另一实施例中，各个特征向量还包括垂直于第二方向的多个第二特征向量，第一方向与第二方向不平行；任意两个第二特征向量之间的夹角的最大值为第二参考角度；该多个测量方向还包括第二组测量方向，第二组测量方向中的每一个测量方向与第二方向垂直；第二组测量方向中的测量方向的个数与检测设备的角度量程的乘积大于或等于该第二参考角度，且相邻测量方向之间的夹角小于或等于检测设备的角度量程。

具体地，在本实施例中，第一方向和第二方向垂直。在其它实施例中，第一方向可以与第二方向不垂直。第一组测量方向和第二组测量方向可包含相同的测量方向。根据本发明的设定测量方向的方法，保证了以最少的测量次数且以合理的测量方向对物体的待测区域进行高效地测量。

在一种实施例中，对各个子区域分配测量方向的步骤包括：将与各个子区域的特征向量的夹角最小的测量方向分配给该子区域。在另一种实施例中，对各个子区域分配测量方向的步骤包括：依次对测量方向进行分配处理，确定分配给各个测量方向的子区域。在该实施例中，对测量方向进行分配处理的步骤包括：从还未分配测量方向的子区域中，确定与进行分配处理的测量方向的夹角小于设定阈值的特征向量作为待分配向量；将对应于待分配向量的子区域分配进行该分配处理的测量方向。可选地，该设定阈值小于或等于检测设备的角度量程。

在一种实施例中，检测信息包括子区域的三维形貌信息。在对各个子区域进行分区测量的基础上，检测方法还包括：对三维形貌信息进行拼接，获得待测区域的完整三维形貌。

现在以轮廓为矩形的手机壳为例，介绍根据本发明的检测方法的示例性过程。图2示出了根据本发明的检测方法的实施例。在该实施例中，测量路径为手机壳表面的截线12，检测方法的步骤包括：

步骤101，将物体的待测区域划分为多个子区域，其中各个子区域均可看作是平面；

步骤102，获取各子区域的特征向量，具体地，在本实施例中，特征向量为子区域的法向量；

步骤103，设定多个测量方向，即，第一组测量方向，以第一组测量方向包括三个测量方向为例，其包括第一测量方向n1、第二测量方向n2和第三测量方向n3；

步骤104，根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；

具体地，在本实施例中，对各个子区域分配测量方向的步骤包括：第一步，计算法向量与第一测量方向之间的第一夹角，如果第一夹角在检测设备的角度量程之内，则该子区域为与第一测量方向n1对应的第一子区域1，并重复第一步；如果第一夹角超出检测设备的角度量程，则执行第二步；

第二步，计算法向量与第二测量方向之间的第二夹角，如果第二夹角在检测设备的角度量程之内，则该子区域为与第二测量方向n2对应的第二子区域2，并重复第二步；如果第二夹角超出检测设备的角度量程，则该子区域为与第三测量方向n3对应的第三子区域3；

步骤105，提供检测设备；

步骤106，通过检测设备在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向；

具体地，分区测量的步骤包括：在第一测量方向下对第一子区域进行测量，获取第一点云；在第二测量方向下对第二子区域进行测量，获取第二点云；在第三测量方向下对第三子区域进行测量，获取第三点云。

其中，检测信息包括第一点云、第二点云和第三点云。在以上检测方法的基础上，对第一点云、第二点云和第三点云进行拼接，形成待测区域的完整三维形貌。

在该实施例中，获取各个测量方向的方法如下。手机壳截线12处为待测区域，截线12处的顶面与侧面的法线之间的最大夹角为±50°，则参考角度（即，两条侧面法线之间的夹角）为100°。截线12所经过的子区域的法向量均与第一方向垂直，以图2中所示的坐标系为例，该坐标系包括两两垂直的x轴、y轴和z轴；其中x轴和y轴分别平行于物体的两条边，z轴自物体的待测表面指向物体外部；该第一方向为(0,1,0)。在第一测量方向下对手机壳顶面进行测量，则该第一测量方向n1=(0,0,1)，在第一测量方向下获取的第一点云能够作为后续拼接的标准，从而提高拼接的精度。第一组测量方向需要使截线12所经过的子区域均能够被检测设备测量到。若检测设备的角度量程为60°，则第一组测量方向中的测量方向的个数选为3，可满足第一组测量方向中的测量方向的个数（即，3个）与检测设备的角度量程（即，60°）的乘积大于或等于参考角度（即，100°）的要求。为了满足相邻测量方向之间的夹角小于或等于检测设备的角度量程，则第二测量方向与第一测量方向的夹角可设定为30°（偏向x轴正向），第三测量方向与第一测量方向的夹角可设定为30°（偏向x轴负向），即，第二测量方向为n2=(1,0,

)，第三测量方向为n3=(-1,0,

)，第一测量方向、第二测量方向和第三测量方向共同组成第一组测量方向，且均与第一方向垂直。在该实施例中，第二测量方向与第一测量方向的夹角还可以为45°或55°（偏向x轴正向），第三测量方向与第一测量方向的夹角还可以为45°或55°（偏向x轴负向）。

可选地，可以在获取以上法向量之后，根据各个法向量之间的夹角来确定待测区域各点处的法向量之间夹角的最大值。备选地，也可根据目测确定待测区域表面法向量夹角最大的位置，再结合设计信息来确定最大夹角。

图3示出了根据本发明的检测方法的另一实施例。在该实施例中，测量路径还包括截线11和截线13。在该实施例中，检测方法可以以与图2中的实施例相似的方式进行，但需要更多的测量方向。对于截线11，需要第二组测量方向。截线11所经过的子区域的法向量均与第二方向垂直，以图3中所示的坐标系为例，该坐标系包括两两垂直的x轴、y轴和z轴；其中x轴和y轴分别平行于物体的两条边，z轴自物体的待测表面指向物体外部；该第二方向为(1,0,0)。第二组测量方向也包括第一测量方向；为了实现对截线11所经过的两个侧面的测量，按照同样的原则，第二组测量方向还包括：第四测量方向和第五测量方向，例如，第四测量方向n4=(0,1,

)和第五测量方向n5=(0,-1,

)，其均与第二方向垂直。由于第一组测量方向和第二组测量方向已经可以实现对截线13经过的表面的完整测量，故不需要另外的测量方向。检测方法还包括：根据以上检测方法获取截线13和截线11处的三维形貌。

在其它实施例中，还可以先确定整个手机壳表面的测量方向，例如，第一测量方向、第二测量方向、第三测量方向、第四测量方向和第五测量方向，以及各个测量方向下对应的子区域；之后，根据需要测量的路径确定待测区域，再对该待测区域进行三维测量。在还有其它实施例中，需要获取手机壳的整个表面的三维形貌，则需要在以上各个测量角度下对手机壳表面的对应子区域进行三维测量，再对各个子区域获取的点云进行拼接，以得到整个手机壳表面的三维形貌。

本发明还涉及一种检测***，其用于对物体进行测量，检测***包括：子区域划分模块，其用于将物体的待测区域划分为多个子区域；特征向量获取模块，其用于获取各个子区域的特征向量；测量方向设定模块，其用于设定多个测量方向；测量方向分配模块，其用于根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；检测设备，其用于在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。

根据本发明的以上示例性实施例，可以实现至少以下技术效果和优点：根据物体的待测区域的空间分布和检测设备的角度量程，方便、快速且自动地对待测区域进行分区并对各个子区域分配测量方向，以用于测量之后的拼接，使整个检测过程的精度和效率最大化。

上文描述的内容仅仅提及了本发明的较佳实施例。然而，本发明并不受限于文中所述的特定实施例。本领域技术人员将容易想到，在不脱离本发明的要旨的范围内，可以对这些实施例进行各种显而易见的修改、调整及替换，以使其适合于特定的情形。实际上，本发明的保护范围是由权利要求限定的，并且可包括本领域技术人员可预想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言有非显著性差异的等同结构要素，那么它们将会落在权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种检测方法，包括以下步骤：

提供物体，且将所述物体的待测区域划分为多个子区域；

获取各个子区域的特征向量；

设定多个测量方向；

根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；

提供检测设备；

通过所述检测设备在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述特征向量是各个子区域的法向量。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，各个子区域仅分配一个测量方向；一个或多个子区域分配同一测量方向。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，对各个子区域分配测量方向的步骤包括：将与各个子区域的特征向量的夹角最小的测量方向分配给所述子区域。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，对各个子区域分配测量方向的步骤包括：依次对测量方向进行分配处理，确定分配给各个测量方向的子区域。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，对测量方向进行分配处理的步骤包括：从还未分配测量方向的子区域中，确定与进行分配处理的测量方向的夹角小于设定阈值的特征向量作为待分配向量；将对应于所述待分配向量的子区域分配进行所述分配处理的测量方向。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述设定阈值小于或等于所述检测设备的角度量程。

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，根据各个子区域的特征向量以及所述检测设备的角度量程设定多个测量方向，使得在所述多个测量方向下的角度范围覆盖所述待测区域。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，各个特征向量包括垂直于第一方向的多个第一特征向量；任意两个第一特征向量之间的夹角的最大值为参考角度；多个测量方向包括第一组测量方向，所述第一组测量方向中的每一个测量方向与所述第一方向垂直；所述第一组测量方向中的测量方向的个数与所述检测设备的角度量程的乘积大于或等于所述参考角度，且相邻测量方向之间的夹角小于或等于所述检测设备的角度量程。

10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测信息包括所述子区域的三维形貌信息；所述检测方法还包括：对所述三维形貌信息进行拼接，获得所述待测区域的完整三维形貌。

11.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测设备包括色散共聚焦设备、双目视觉设备、数字全息设备、结构照明设备或3D显微镜设备。

12.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测设备包括：置物台，所述置物台用于放置所述物体；检测模块，所述检测模块用于对所述物体进行测量；第一旋转平台，所述第一旋转平台包括垂直于所述检测模块和所述物体的排列方向的第一旋转轴，所述第一旋转平台用于带动所述检测模块或所述物体绕所述第一旋转轴旋转。

13.根据权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述检测设备还包括：第二旋转平台，所述第二旋转平台包括平行于所述检测模块和所述物体的排列方向的第二旋转轴，所述第二旋转平台用于带动所述检测模块或所述物体绕所述第二旋转轴旋转；第一平移台，所述第一平移台包括垂直于所述检测模块和所述物体的排列方向的第一平移方向，所述第一平移台用于带动所述检测模块或所述物体沿所述第一平移方向移动；第二平移台，所述第二平移台包括垂直于所述检测模块和所述物体的排列方向的第二平移方向，所述第二平移台用于带动所述检测模块或所述物体沿所述第二平移方向移动。

14.一种检测***，用于对物体进行测量，所述检测***包括：

子区域划分模块，其用于将所述物体的待测区域划分为多个子区域；

特征向量获取模块，其用于获取各个子区域的特征向量；

测量方向设定模块，其用于设定多个测量方向；

测量方向分配模块，其用于根据各个子区域的特征向量与各个测量方向之间的夹角，对各个子区域分配测量方向；

检测设备，其用于在一个或多个测量方向下对子区域进行分区测量，获得相应的检测信息，对任一子区域进行分区测量的测量方向为其分配的测量方向。

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