CN112930467B - 用于对绳索或线缆的几何参数进行三维测量的方法和*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于对具有外表面的绳索或线缆(2)的几何参数进行三维测量的方法，允许获得绳索或线缆的至少多个3D轮廓点的三维表示并计算其几何参数，诸如直径或圆度或轴线。该方法通过对生产线中的绳索或线缆进行连续测量，以用于质量控制或运行中的定期检查，并且减少误差。本申请还涉及一种用于对绳索或线缆(2)的几何参数进行测量的经校准的三维光学测量***(1)，包括多个数字图像采集设备(C0、C1、C2、C3)和用于执行该方法步骤的数字图像处理设备。

Description

用于对绳索或线缆的几何参数进行三维测量的方法和***

技术领域

本发明通常被放置在使用非破坏性和无接触式技术来对静止的或运动中的实心(solid，实体、固体)对象进行测量和检查的***中。特别地，本发明的主题是经校准的光学***和用于通过捕获绳索或线缆的外表面的数字图像来对绳索或线缆进行三维(3D)测量的方法。该方法的应用示例涉及对绳索或线缆的连续测量，而由于被测对象的移动，使用接触的方法来对绳索或线缆进行连续测量是不可能的。例如，这样的测量涉及在椅式缆车和/或缆车的运行期间对椅式缆车和/或缆车的绳索或线缆的检查。此外，本发明涉及对生产线中的绳索或线缆进行连续测量，以用于质量控制或运行中的定期检查，其超过了现有技术的电磁设备的限制。

背景技术

在许多情况下，已知的测量和检查技术涉及操作者在困难和/或危险的环境条件下在场，诸如在被化学品污染或使用悬垂绳索的环境中进行测量。此外，不利地，在许多情况下还必须停止生产或运输***以进行测量。

通过处理绳索的二维(2D)图像来测量绳索的几何参数的技术是已知的。不方便地，由于绳索和相机之间的透视位置，这些技术遭受测量误差。另外，使用具有线性传感器的相机来测量绳索的几何参数的技术是已知的，但是这些技术不仅在经过传感器的平面与绳索的轴线之间不完全垂直的情况下遭受误差；它们还会由于测量期间绳索受到的振动而遭受误差。

发明内容

本发明的目的是创造用于对绳索或线缆——刚性或柔性——的几何参数进行三维测量的方法和***，以允许上述不便得以克服。

该目的通过用于对绳索或线缆的几何参数进行三维测量的方法以及通过根据本申请进行校准的光学***来实现。

优选地，可以由经校准的光学***来分析的绳索和线缆的类型以任何类型的材料诸如铁、钢、天然纤维或合成纤维、碳纤维等来提供刚性绳索和柔性绳索两者。换句话说，“绳索”可以指其优选的延伸维度(长度)远大于其他两个维度的任何轴向对称对象，例如，优选的延伸维度的长度超过其他两个维度的100倍。

优选地，绳索或线缆的外表面具有以下特征中的一个或更多个：

-连续的或至少分段连续的，例如表面光滑或有凹槽；

-实心盘旋件，例如盘旋条；

-由一个或更多个绕成螺旋形的子部分构成，例如，盘旋的或扭绞的线缆或绳索。

例如，绳索由单根线构成、或由形成所谓绞线的多根交织的线构成、或由多根交织的绞线构成，使得绳索由多根交织的线形成以形成单独的绞线，绞线又彼此交织在一起。

绳索或线缆也可以由交织的纤维制成。

用于测量绳索或线缆的几何参数的经校准的三维光学测量***包括多个数字成像设备，该数字成像设备适合于捕获绳索或线缆的外表面的至少一个区域的多重数字图像。

优选地，数字图像采集设备是具有矩阵型图像传感器的相机(即，能够在像素矩阵上采集数字图像)。此外，该***提供了数字图像处理设备，该数字图像处理设备被布置为执行用于测量绳索或线缆的这些几何参数的方法的步骤，这将在以下段落中详细描述。

总而言之，在一实施方式中，该***允许将绳索或线缆的外表面的至少一个区域的多个点根据每个数字图像上对应的点以摄影测量的方式重新构建在三维空间中，随后借助于该多个三维点来计算几何参数。

优选地，由光学***测量的几何参数涉及以下测量中的至少一项：

-绳索或线缆的点直径，或者接近或外接于绳索或线缆的旋转实体的平均直径；

-绳索或线缆的点圆度，或者接近或外接于绳索或线缆的旋转实体的平均圆度；

-绳索或线缆的轴线的位置、定向和线性度，或者接近或外接于绳索或线缆的旋转实体的轴线的位置、方向和线性度；

-沿绳索或线缆的轴线测量的绳索或线缆的长度，或者接近或外接于绳索或线缆的旋转实体的长度；

-绳索或线缆的螺距，即，其外表面为实心盘旋件或为一个或更多个绕成螺旋状的子部分构成的样本的相邻线圈或螺旋线之间的距离。例如，绳索的螺距是在由构成绳索的彼此相邻的绞线或线构成的线圈或螺旋线之间来计算的。

此外，在一个实施方式中，数字图像捕获设备配备有光学器件，其光学焦点位于偏移90°的圆周上，其每个光学器件都面向圆周的中心。此外，这些数字图像捕获设备被定向为使得每个光学传感器的水平轴线基本上垂直于包含圆周的平面，并且全都在相同的指向(sense，方向)上定向。

附图说明

根据附图并通过非限制性的示例得到的、根据本发明的经校准的光学***以及用于测量绳索或线缆的几何参数的方法的特征和优点将从下面的描述中变得明显，其中：

-图1表示了根据本发明的实施方式来校准的光学***的图，其中，数字图像捕获设备C0…C3以及绳索或线缆是可见的；

-图2示出了根据本发明实施方式来校准的光学***的部分表示图；

-图3示出了根据本发明的实施方式来校准的光学***的图，其中，在每个数字成像设备附近虚拟地表示了由相应的图像捕获设备框住且可见的绳索(或线缆)部分，并且其中，两个设备都可见的共有区域是由点阵来表示的；

-图4示出了根据本发明实施方式的步骤捕获并处理的成对数字图像，其中，该对图像是由布置在径向相对位置的成对图像捕获设备捕获的，如下图5所示；

-图4a示出了根据本发明实施方式的另一步骤捕获并处理的成对数字图像，其中，该对图像是由两个相邻数字图像捕获设备捕获的，该两个相邻数字图像捕获设备例如沿其中心基本上在绳索的轴线上并偏移90°的圆周布置；

-图5例示了根据本发明的实施方式来校准的光学***的表示图的细节，其中，将成对图像捕获***的每个视场所共有的绳索轮廓线用较粗的线勾勒出来，其中，每个数字设备沿着垂直于绳索轴线的轴线被布置在径向相对位置。

-图6例示了根据本发明的实施方式，基于数字图像捕获设备的图像平面(即，适合于捕获图像的传感器的平面)上的点，重建绳索轴线上的点的方法的概念架构；

-图7例示了根据本发明的实施方式，将3D轮廓线、轴线的点和内插在绳索(或线缆)的三维空间中的3D中轴线的点进行重建；

-图8例示了根据本发明的实施方式，将3D轮廓线、内插的3D中轴线以及绳索(或线缆)的直径重建在三维空间中；

-图9例示了根据本发明实施方式，将通过用内插曲线来内插点所获得的理想3D中轴线以及实际轴线重建在三维空间中；

-图10例示了具有根据本发明实施方式捕获并处理的盘旋状表面的绳索的数字图像；

-图11示出了根据本发明的变型实施方式的另一步骤捕获并处理的成对数字图像，在具有盘旋状表面的绳索(或线缆)的情况下，其中，在线圈的轮廓与每个图像的中轴线之间的交叉点被获得；

-图12例示了根据本发明的一实施方式，将轴线以及用于计算螺旋件或线圈的螺距的、绳索(或线缆)的螺旋状或盘旋状表面的点重建在三维空间中。

优选地，在图7、图8、图9和图12中的X、Y、Z轴上示出的比例表示该方法的步骤的一实施方式，而不是作为限制性的。

具体实施方式

在一个实施方式中，根据附图，由至少一对相机C0、C1、C2、C3构成的、具有其光学焦点位于偏移90°的圆周上的光学器件400并且该光学器件400面向圆周的中心的经校准的光学***被集体地表示为1。在每个相机上都标识出右手笛卡尔轴系Xi、Yi、Zi，例如i＝{0,1,2,3}并分别地与第i个相机构成整体，右手笛卡尔轴系的原点在光学器件的焦点上，并具有其方向和指向与相机的每个图像传感器(7、7a)的X和Y轴一致的轴线Xi和Yi；优选地，这些相机C0、C1、C2、C3被定向为使得轴线Xi垂直于包含圆周的平面，并且全都在相同的指向上定向，即轴线Zi朝向圆周的中心定向。优选地，将C0相机的三维空间X0 Y0 Z0作为绝对三维参考系。

优选地，绳索或线缆以适当的方式被定位在***内，以使其被包括在每个相机的视场中，并调整其上放置有相机的圆周半径的尺寸、光学器件的焦距、相机传感器的尺寸，使其适合于沿轴线测量的样本长度、最大可测量直径或待测量***获得的分辨率。

优选地，例如一旦完成了组装图像捕获设备的步骤，就对***进行校准，以便获得每个设备的内在参数和外在参数，这些参数对于用于捕获到的图像的点的三维摄影测量重建的后续步骤是必需的，从而获得内在校准的***。

参考对极线在对极几何中众所周知的定义(其描述了绑定由两个相机捕获的相同3D场景的两个2D图像的关系和几何约束)，已知的是图像上的点意味着世界中的线，以及被投射到由放置在不同视点的相机捕获到的另一图像上的世界中的该线表示了第一图像的点的配对点所在的对极线。同源点、对极线以及图像捕获***的几何结构之间的关系通过适当的已知代数关系来描述。为了利用上述对极几何的概念，例如，在图像捕获设备是相机的情况下，计算以下内容：

-内在(或校准)矩阵；

-第i个相机的失真函数fi(r)＝(1+di1r+di2r2+di3r3+di4r4+di5r5+di6r6)的dix参数，其中r表示数字图像上的点在传感器的中心处的距离，其中这些参数允许图像从光学器件的内在失真的影响中得到修正；

-每个相机的笛卡尔***之间的旋转平移矩阵；

-本质矩阵；

-基本矩阵；

-校正矩阵；

-从平面校正到3D空间的投影矩阵。

优选地，在校准的下游，上述参数和上述矩阵已经计算完毕，例如，基于由两个不同的图像捕获设备所捕获的框住绳索或线缆的该点的两个图像，将属于绳索或线缆的任意点以摄影测量的方式被重建在三维空间中。

更具体地，用于绳索或线缆2的几何参数的三维测量的方法，例如通过上述的经校准的光学***1，提供了以下步骤：

a1)捕获绳索或线缆的外表面3的第一区域11的第一数字图像10、10'；

b1)捕获绳索或线缆的外表面3的第二区域21的第二数字图像20、20'，所述第二区域21与所述第一区域11至少部分地不同；

c1)在绳索或线缆的外表面3的所述第一区域11的所述第一数字图像10、10^'上以及在该外表面的所述第二区域21的所述第二数字图像20、20^'上分别确定第一系列轮廓线12、12^'和第二系列轮廓线22、22^'，其中，所述第一系列轮廓线12、12'和所述第二系列轮廓线22、22'分别包括第一多个图像轮廓点和第二多个图像轮廓点；

d1)搜索分别属于所述第一多个图像轮廓点和所述第二多个图像轮廓点的第一轮廓点16、16a、16'、16a'和第二轮廓点26、26a、26'、26a'，以使第一轮廓点16、16a、16'、16a'和第二轮廓点26、26a、26'、26a'是同源点或属于相同对极线的点，并且各自表示表面点50、51、52的图像，所述表面点50、51、52是绳索或线缆的外表面3的第一区域11和第二区域21共有的点；

e1)将第一轮廓点16、16a、16'、16a'和第二轮廓点26、26a、26'、26a^'以摄影测量的方式反向投影在三维空间40中，从而获得涉及所述三维空间40的3D轮廓点60、61、62；

f1)重复步骤a1)至e1)多次，直到获得涉及所述三维空间40的至少一个第一多个3D轮廓点60'和第二多个3D轮廓点61'、62'的三维表示；

g1)借助于至少第一多个3D轮廓点和/或第二多个3D轮廓点来计算绳索或线缆的以下几何参数中的至少一个：绳索或线缆的直径80、81；或者绳索或线缆的圆度；或者绳索或线缆的轴线30。

明显地，术语“圆度”也意味着绳索或线缆的圆度指标。

例如，第一系列轮廓线12是在通过第一数字图像捕获设备C1看到的、绳索或线缆的外表面的第一区域11的轮廓线的数字图像上的表示，而第二系列轮廓线22是在通过第二数字图像捕获设备C0看到的、绳索或线缆的外表面的第二区域21的轮廓线的数字图像上的表示。

优选地，用于计算绳索或线缆的轴线的操作提供了对轴线的长度及其定向的计算。

优选地，除了上述步骤之外，还计算出绳索或线缆的外表面的3D轮廓线70a、70b、70c、70d，其中，每个3D轮廓线70a、70b、70c、70d被获得为第一多个3D轮廓点60'或第二多个3D轮廓点61'、62^'的最佳近似回归。

优选地，因此，绳索或线缆的整个表面的至少两条——并且优选地为四条——3D轮廓线被获得。

对于将点以摄影测量的方式反向投影在三维空间中，使用3D多相机重建的任何算法，一些非穷举性示例是三角测量算法或用于3D算法的视差图重投影或其组合。

在该方法的一个实施方式中，其中例如，提供了四个相机以框住绳索或线缆，相对于相机的静止或移动样本的相应数字图像被获得。然后，在前述的fi(r)函数的帮助下，通过重建每个点的正确位置，来修正每个数字图像并清除光学畸变的影响。

在下面的描述中，“同源点”意味着由相应的数字图像捕获***捕获的数字图像上的每个点，其在三维中表示现实世界中的相同点。例如，可以借助于用于搜索同源点的下述已知算法在图像上搜索这样的同源点：诸如基于图像相关性的算法、基于边缘的算法、基于分段的算法、自适应窗口的算法、由粗至细的算法、动态编程的算法、马尔可夫随机场的算法、图形切割-多基线的算法或其组合。

在该方法的一个实施方式中，其中第一系列轮廓线12的一部分和第二系列轮廓线22的一部分至少分别界定了第一数字图像10和第二数字图像20中的第一数字图像区域13和第二数字图像区域23，例如从前面所述的步骤a1)至c1)获得，优选地根据以下步骤获得表示绳索或线缆的轴线30的3D中点32'：

c2)计算每个第一系列轮廓线12和第二系列轮廓线22中的第一中轴线14和第二中轴线24，其中所述第一中轴线14和第二中轴线24被获得为第一多个图像轮廓点的至少一部分和第二多个图像轮廓点的至少一部分的分别的最佳近似回归。

并且其中，所述第一中轴线14和第二中轴线24分别地将第一数字图像区域13和第二数字图像区域23细分为相应的第一子区域13a、23a和第二子区域13b、23b；

d2)搜索分别属于第一中轴线14和第二中轴线24的第一中点15和第二中点25，使得第一中点15与第二中点25属于相同的对极线，并且第一中点和第二中点表示属于绳索或线缆2的3D中轴线30的点31的虚拟图像；

e2)将第一中点15和第二中点25以摄影测量的方式反向投影在三维空间40中，从而获得涉及所述三维空间40的3D中点32；

f2)重复步骤c2)至e2)多次，直到获得表示绳索或线缆的轴线30的点的多个3D中点32'的三维表示。因此，这些中点优选地是由三个笛卡尔坐标所标识的一系列点，以及描述了部分或全部绳索或线缆的轴线沿着该绳索或线缆的优选方向的点到点路线。

优选地，除了上述步骤之外，还提供了下述步骤：其中，计算内插的3D中轴线33，该内插的3D中轴线被获得为多个3D中点32'的最佳近似回归。该回归例如是任何回归曲线，以及优选地是回归线。

在该方法的另一实施方式中，可以根据以下步骤来测量绳索或线缆的直径：

-对内插的3D中轴线(33)进行采样，以获得属于所述内插的3D中轴线(33)的多个采样到的3D轴向点；

-计算至少第一轮廓交叉点72、第二轮廓交叉点74、第三轮廓交叉点71和第四轮廓交叉点73，为垂直于内插的3D中轴线33并经过所述多个采样到的3D轴向点的轴点34的平面与3D轮廓线70a、70b、70c、70d的交叉点；

-计算至少一个第一轴线距离82、一个第二轴线距离83、一个第三轴线距离84和一个第四轴线距离85，分别为第一轮廓交叉点72与轴点34之间的距离、第二轮廓交叉点74与轴点34之间的距离、第三轮廓交叉点71与轴点34之间的距离以及第四轮廓交叉点73与轴点34之间的距离。

-计算至少第一直径80和第二直径81，分别为第一轴线距离82和第二轴线距离83之和以及为第三轴线距离84和第四轴线距离85之和。

优选地，绳索或线缆的点圆度被测量为至少第一直径80与第二直径81的比。

此外，在该方法的变型中，在充分轴向对称的绳索或线缆的情况下，绳索或线缆的直径也被计算为第一轮廓点和第二轮廓点之间的距离。

随后，还可以基于计算出的点圆度的样本总体来计算统计变量，例如平均圆度，作为点圆度的平均值或点圆度的方差。

另外地，本发明的方法包括计算绳索或线缆的波度的步骤，即，对绳索或线缆的表面均匀性的测量。

为了计算线缆或绳索的外表面3的波度，该方法包括以下步骤：

w1)计算至少第一轴线距离82或多个轴线距离，例如第一轴线距离82、第二轴线距离83、第三轴线距离84以及第四轴线距离85；

w2)对于绳索或线缆的给定长度或对于绳索或线缆的整个长度，重复步骤w1)的计算；

w3)基于步骤w2)中采集的多个第一轴线距离82的样本总体或基于多个轴线距离(82、83、84、85)的样本总体来计算至少一个统计变量，例如第一轴线距离82的样本标准差、或多个轴线距离(82、83、84、85)的样本标准差的处理、或多个轴线距离(82、83、84、85)的样本标准差的平均值。

多个轴线距离(82、83、84、85)的样本标准差的平均值是用于评估外表面3的波度的优选指标。

在该方法的一个实施方式中，例如在存在至少一对相机的情况下，优选的是捕获至少一对数字图像以及对于绳索或线缆的每对图像执行以下操作：

a3)通过校正矩阵，将来自相机传感器的相应2D平面的图像的点变换为校正后的2D平面，得到第一经校正图像和第二经校正图像；

b3)在每个经校正图像中，将样本图像从背景分离，提取标识绳索或线缆轮廓的轮廓线的点，并且计算该经校正图像的轴线的最佳近似回归线；例如，在轮廓的轮廓线由例如被布置为平行于传感器的优选方向的上部线12a、22a和下部线12b、22b构成的情况下，样本的经校正图像的轴线的最佳近似回归线被计算为从属于上部线12a、22a和下部线12b、22b的点的坐标的平均值获得的点的回归线；

c3)对于第一经校正图像的上部线12a上的每个点，搜索第二经校正图像中的同源点；

d3)对于第二经校正图像的下部线22b上的每个点，搜索第一经校正图像中的同源点；

e3)对于第一经校正图像的轴线上的每个点，搜索第二经校正图像的轴线上的属于相同对极线的点；

f3)在成对的相机中的每个相机被定位为与绳索或线缆的轴线径向相对的情况下，对于第一经校正图像上的上部线12a'的每个点，搜索第二经校正图像的上部线22a'或下部线22b'中属于相同对极线并且属于两个相机可见的绳索或线缆的外表面区域11、21的相同共有区域4的点，以及对于第一经校正图像上的下部线12b'的每个点，搜索第二经校正图像的下部线22b'或上部线22a'中属于相同对极线并且属于从两个相机可见的绳索或线缆的外表面区域11、21的相同共有区域4的点，以及对于第一经校正图像14'的轴线的每个点，搜索第二经校正图像24'的轴线中属于相同对极线的点；

g3)获得属于绳索或线缆的轮廓线的第一组对应点对、属于绳索或线缆的轮廓线的第二组对应点对、以及属于经校正的图像的轴线的第三组对应点对。因此，对应点意味着同源点或属于相同对极线的点。由于所有属于经校正图像的轴线的点也属于绳索或线缆的图像的对称轴线，这可以在经过成对的相机中的每台相机的焦点的平面上看到，这些属于图像轴线的点表示属于绳索或线缆的轴线的点的投影，如图7所示。

因此优选地，通过从平面校正到三维空间的投影矩阵，将属于绳索或线缆的轮廓线的成对对应点组以及属于在三维空间中校正的图像轴线的成对对应点组进行反向投影，以获得轮廓线以及绳索或线缆的轴线的参照点的相对于三维空间的三维表示。

在该方法的变型实施方式中，存在构成至少独立的6对相机的至少四个相机，其中每对相机检测相应对的数字图像，并且其中，由第一对相机捕获的两个图像中的至少一个与由第二对相机采集的两个图像中的至少一个不同。

在本发明的另一实施方式中，例如，测量绳索或线缆的轴线的线性度，优选地通过前述的经校准的光学***，除了用于重建表示绳索或线缆轴线的点的多个3D中点32'的步骤外，还执行以下额外的步骤：

-利用内插曲线90内插多个3D中点32'；

-计算内插的3D中轴线33和属于内插曲线90的3D中点32之间的距离。

在该方法的另一实施方式中，对内插曲线进行采样以获得多个采样到的3D中点，以及将理想的3D中轴线35计算为所述多个采样到的3D中点的较好近似回归线，然后计算理想的3D中轴线35与所述多个采样到的3D中点中的一采样到的3D中点37之间的距离38。

内插曲线例如是任何几何曲线，或者是例如通过3D中点的3D内插来获得的断线曲线。

优选地，理想的3D中轴线35和所述多个采样到的3D中点中的一采样到的3D中点37之间的距离38被计算为连接采样到的3D中点37和交叉点的线的长度，该交叉点是垂直于理想的3D中轴线并经过采样到的3D中点的平面与理想的3D中轴线之间的交叉点。

在该方法的另一实施方式中，例如在绳索或线缆设置有绞线或具有盘旋状或螺旋形外表面的情况下，还测量绳索或线缆的螺旋件或线圈的螺距。优选地，例如通过经校准的光学***1，除了步骤a1)、b1)、c1)和c2)之外或者除了前面段落中所述的步骤a1)至g1)和c2)之外，用其计算了第一中轴线14和第二中轴线24，还提供了另外的步骤，其中：

a4)在绳索或线缆的外表面3的所述第一区域11和所述第二区域21中的第一数字图像10和第二数字图像20上限定了分隔线100、102、104，其中分隔线100、102、104界定了第一数字图像10和第二数字图像20的相邻区域101、103，该相邻区域沿着相对于第一中轴线14或第二中轴线24基本上平行的方向彼此跟随，并且从第一子区域13a、23a到第二子区域13b、23b与所述第一中轴线14或第二中轴线24交叉；

b4)识别分隔线100、102、104与第一中轴线14和/或第二中轴线24之间的交叉点200、300；

c4)搜索同源交叉点200a、300a，使得所述同源交叉点200a、300a表示所述交叉点200、300的同源点，并且所述交叉点200、300与同源交叉点200a、300a分别表示绳索或线缆的外表面3的第一区域11和第二区域21共有的点的图像；

d4)将交叉点200、300和同源交叉点200a、300a以摄影测量的方式反向投影在三维空间40中，以获得涉及三维空间40的3D交叉点210、310；

e4)重复步骤a4)至d4)多次，直到获得属于绳索或线缆外表面3的第一区域11和第二区域21的多个3D交叉点210、211、310的三维表示；

f4)计算至少一个第一3D交叉点210与至少一个第二3D交叉点211之间的距离，所述第二3D交叉点211与第一3D交叉点210相对地邻近。优选地，在先前描述的步骤f4)中所计算的所述距离是绳索或线缆的线圈或螺旋件的所述螺距。

优选地，第一3D交叉点210和第二3D交叉点211之间的距离被限定为螺旋件或盘旋件的螺距。

为了获得多个3D交叉点210、211的三维表示，从而允许计算线圈的螺距，例如，还可以通过以下步骤来进行：其中，使用从平面校正到三维空间如已经描述的绳索或线缆的轮廓线的投影矩阵，来获得所述轮廓线的3D交叉点相对于三维空间的三维表示。

在该方法的另一实施方式中，还提供了另外的以下步骤：其中，根据第一3D交叉点210和第二3D交叉点211之间的总体距离(步长)来计算统计变量(平均值、方差、百分位数等)，例如，平均步长被获得为第一3D交叉点210和第二3D交叉点211之间的距离的平均值。

优选地，在本发明的实施方式中，根据摄影测量法中图像校正的已知技术，数字图像是经校正的图像。例如，由相机捕获的图像通过修改每个图像的透视变形的转换过程来进行校正，该转换过程通常用于使用标准坐标系将多个图像投影到共同的二维表面上。

优选地，根据本发明的方法被重复地应用在绳索或线缆2的至少沿平行于绳索或线缆2的主要维度的方向H-H'间隔地相邻的部分上。该维度也可以具有不确定的长度，并且该方法因此被沿不确定的长度的所述维度被重复地应用。

明显的是，优选地，根据本发明的方法提供了用于同时捕获绳索的预定长度的部分的至少两个或更多个数字图像，每个数字图像由相应的数字图像捕获装置捕获。因此，其目的不是捕获绳索的单个点或单个横向线，而是捕获绳索的沿绳索的轴线延伸预定长度的部分。

优选地，在前面的段落中描述的方法可以在软件在计算机上运行时以适合于实现到目前为止所描述的方法的部分软件代码的形式被直接加载到计算机的内部存储器中。

明显的是，创新地，根据本发明的经校准的光学***和测量方法使得可以重建静止的或运动中的绳索或线缆或者部分绳索或线缆的三维测量，从而以非入侵性的且非破坏性的方式实施对绳索或线缆的测量和质量控制，并沿对象的整个长度具有连续性，而无需操作者例如借助于用于测量直径的计量器来实施手动测量，并且无需停止绳索或线缆的移动。

此外，甚至更有利地，该***允许人们基于对象本身的外表面的图像以及基于不确定的长度，仅仅通过使绳索相对于光学***以相对的方式移动，就能获得绳索或线缆的轴线的线性度、测量可以近似于旋转实体的对象的直径和圆度以及测量存在于绳索或线缆的表面上的线圈的螺距。是有用的例如对于长绳索或线缆的维度检查是有用的。

另外，该***能够自动地执行几何参数的测量，即使在困难的环境状况下和/或对操作者有危险的情况下，诸如在被烟、气体、灰尘、化学烟雾、高温(热、化学、塑化、喷涂处理)污染的环境中进行测量，或者对悬挂且移动中的对象(线缆、来自起重机或桥式起重机的绳索)或对适合于材料或人员移动的对象(用于矿车或缆车的线缆或绳索)进行测量。此外，该***允许连续地进行测量，而无需停止生产线和/或用于运输材料或人员的***。最后，根据本发明的***和方法独立于构成绳索或线缆的外表面和内表面的尺寸和材料来操作。

例如，3D光学测量方法和***也适用于测量中空对象的几何参数。

此外，被内在校准的3D光学测量***在每次测量之前不需要任何进一步的校准操作，这对于非经校准的光学测量***而言是不利的。

此外，多个3D轮廓点的三维重建以及因此绳索的参数的三维测量，允许绳索和相机之间的透视位置的问题得以克服，因为绳索的轮廓将始终在经校准的三维空间中重建，并且始终可以在采集图像期间独立于相机和绳索之间的相对位置来计算参数。

此外，有利地，优选地具有二维矩阵图像传感器的同步相机的使用，允许同时采集绳索的整个部分的图像并随后进行摄影测量重建，从而减少甚至消除由于绳索的任何振动而引起的相对于垂直于绳索轴线的轴线的测量误差。

显然的是，为了满足特定需求，本领域技术人员可以对经校准的光学测量***或对上述方法进行改变，所有改变都被包含在由以下权利要求所限定的保护范围内。

Claims (18)

1.用于对具有外表面(3)的绳索或线缆(2)的几何参数进行三维测量的方法，包括以下步骤：

a1)捕获所述绳索或线缆的所述外表面(3)的第一区域(11)的第一数字图像(10、10')；

b1)捕获所述绳索或线缆的所述外表面(3)的第二区域(21)的第二数字图像(20、20')，所述第二区域(21)与所述第一区域(11)至少部分地不同；

c1)在所述绳索或线缆的所述外表面(3)的所述第一区域(11)的所述第一数字图像(10、10')上以及在所述外表面的所述第二区域(21)的所述第二数字图像(20、20')上分别确定第一系列轮廓线(12、12')和第二系列轮廓线(22、22')，其中，所述第一系列轮廓线(12、12')和所述第二系列轮廓线(22、22')分别包括第一多个图像轮廓点和第二多个图像轮廓点；

d1)搜索分别属于所述第一多个图像轮廓点和所述第二多个图像轮廓点的第一轮廓点(16、16a、16'、16a')和第二轮廓点(26、26a、26'、26a')，使得所述第一轮廓点(16、16a、16'、16a')和所述第二轮廓点(26、26a、26'、26a')是同源点或属于相同对极线的点，并且各自表示表面点(50、51、52)的图像，所述表面点(50、51、52)是所述绳索或线缆的所述外表面(3)的所述第一区域(11)和所述第二区域(21)共有的点；

e1)将所述第一轮廓点(16、16a、16'、16a')和所述第二轮廓点(26、26a、26'、26a')以摄影测量的方式反向投影在三维空间(40)中，从而获得涉及所述三维空间(40)的3D轮廓点(60、61、62)；

f1)重复步骤a1)至e1)多次，直到获得涉及所述三维空间(40)的至少一个第一多个3D轮廓点(60')和第二多个3D轮廓点(61'、62')的三维表示；

g1)借助于至少所述第一多个3D轮廓点和/或所述第二多个3D轮廓点来计算所述绳索或线缆的以下几何参数中的至少一个：所述绳索或线缆的直径；或者所述绳索或线缆的圆度；或者所述绳索或线缆的轴线(30)；

其中，所述第一系列轮廓线的一部分和所述第二系列轮廓线的一部分至少分别界定了所述第一数字图像和所述第二数字图像中的第一数字图像区域(13)和第二数字图像区域(23)，所述方法还包括用于计算所述绳索或线缆的所述轴线(30)的以下步骤：

c2)计算每个第一系列轮廓线和第二系列轮廓线中的第一中轴线(14)和第二中轴线(24)，其中，所述第一中轴线(14)和第二中轴线(24)分别被获得为第一多个图像轮廓点的至少一部分和第二多个图像轮廓点的至少一部分的最佳近似回归，

并且其中，所述第一中轴线(14)和第二中轴线(24)分别地将所述第一数字图像区域(13)和所述第二数字图像区域(23)细分为相应的第一子区域(13a、23a)和第二子区域(13b、23b)；

d2)搜索分别属于所述第一中轴线(14)和第二中轴线(24)的第一中点(15)和第二中点(25)，使得所述第一中点(15)与所述第二中点(25)属于相同的对极线，并且所述第一中点和第二中点表示属于所述绳索或线缆(2)的轴线(30)的点(31)的虚拟图像；

e2)将所述第一中点(15)和所述第二中点(25)以摄影测量的方式反向投影在三维空间(40)中，从而获得在所述三维空间(40)中的3D中点；

f2)重复步骤c2)至e2)多次，直到获得表示所述绳索或线缆的所述轴线(30)的点的多个3D中点的三维表示。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：计算所述绳索或线缆的所述外表面的3D轮廓线(70a、70b、70c、70d)，其中，每个3D轮廓线(70a、70b、70c、70d)被获得为所述第一多个3D轮廓点(60')或所述第二多个3D轮廓点(61'、62')的最佳近似回归。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：计算内插的3D中轴线(33)，所述内插的3D中轴线被获得为所述多个3D中点的最佳近似回归。

4.根据权利要求3所述的方法，用于计算所述绳索或线缆的直径，还包括以下步骤：

-对所述内插的3D中轴线(33)进行采样，以获得属于所述内插的3D中轴线(33)的多个采样到的3D轴向点；

-计算至少第一轮廓交叉点(72)、第二轮廓交叉点(74)、第三轮廓交叉点(71)和第四轮廓交叉点(73)，其为垂直于所述内插的3D中轴线(33)并经过所述多个采样到的3D轴向点的轴点(34)的平面和所述3D轮廓线(70a、70b、70c、70d)的交叉点；

-计算至少一个第一轴线距离(82)、一个第二轴线距离(83)、一个第三轴线距离(84)和一个第四轴线距离(85)，其分别为所述第一轮廓交叉点(72)与所述轴点(34)之间的距离、所述第二轮廓交叉点(74)与所述轴点(34)之间的距离、所述第三轮廓交叉点(71)与所述轴点(34)之间的距离以及所述第四轮廓交叉点(73)与所述轴点(34)之间的距离；

-计算至少第一直径(80)和第二直径(81)，其分别为第一轴线距离(82)和第二轴线距离(83)之和以及第三轴线距离(84)和第四轴线距离(85)之和。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：以至少所述第一直径(80)与所述第二直径(81)之间的比计算所述绳索或线缆的点圆度。

6.根据权利要求3所述的方法，用于计算所述绳索或线缆的波度，还包括以下步骤：

-对所述内插的3D中轴线(33)进行采样，以获得属于所述内插的3D中轴线(33)的多个采样到的3D轴向点；

-计算至少第一轮廓交叉点(72)，其为垂直于所述内插的3D中轴线(33)并经过所述多个采样到的3D轴向点的轴点(34)的平面与所述3D轮廓线(70a、70b、70c、70d)的交叉点；

w1)计算至少一个第一轴线距离(82)，其为所述第一轮廓交叉点(72)和所述轴点(34)之间的距离；

w2)对于所述绳索或线缆的给定长度或对于所述绳索或线缆的整个长度，重复步骤w1)的计算；

w3)基于在步骤w2)中捕获的多个第一轴线距离(82)的样本总体来计算至少一个统计变量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所计算的统计变量是所述第一轴线距离(82)的样本标准差。

8.根据权利要求3所述的方法，用于计算所述绳索或线缆的所述轴线的线性度，还包括以下步骤：

a3)利用内插曲线(90)内插所述多个3D中点；

b3)计算所述内插的3D中轴线(33)和属于所述内插曲线(90)的3D中点之间的距离。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：

c3)对所述内插曲线进行采样以获得多个采样到的3D中点，并且以所述多个采样到的3D中点的最佳近似回归线计算理想的3D中轴线(35)；

d3)计算所述理想的3D中轴线(35)和所述多个采样到的3D中点中的一采样到的3D中点之间的距离。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述方法被重复地应用在所述绳索或线缆(2)的至少沿平行于所述绳索或线缆(2)的主要维度的方向(H-H')间隔地相邻的部分上。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括拉紧所述绳索或线缆(2)以使所述绳索或线缆(2)类似于刚性体的步骤。

12.用于对具有外表面(3)的绳索或线缆(2)的几何参数进行三维测量的方法，包括权利要求1中的步骤a1)、b1)、c1)，其中，所述第一系列轮廓线的一部分和所述第二系列轮廓线的一部分至少分别界定了所述第一数字图像和所述第二数字图像中的第一数字图像区域(13)和第二数字图像区域(23)，并且还包括权利要求2中的步骤c2)和以下步骤：

a4)在实心对象的外表面的所述第一区域(11)和所述第二区域(21)的所述第一数字图像和所述第二数字图像上限定分隔线(100、102、104)，其中，所述分隔线(100、102、104)界定了所述第一数字图像和所述第二数字图像的相邻区域(101、103)，所述相邻区域沿着相对于第一中轴线(14)或第二中轴线(24)基本上平行的方向彼此跟随，并且从第一子区域(13a、23a)到第二子区域(13b、23b)与所述第一中轴线(14)或第二中轴线(24)交叉；

b4)识别所述分隔线(100、102、104)与所述第一中轴线(14)和/或所述第二中轴线(24)之间的交叉点(200、300)；

c4)搜索同源交叉点(200a、300a)，使得所述同源交叉点(200a、300a)表示所述交叉点(200、300)的同源点，并且所述交叉点(200、300)和同源交叉点(200a、300a)分别表示与所述绳索或线缆的所述外表面(3)的所述第一区域(11)和第二区域(21)共有的点的图像；

d4)将所述交叉点(200、300)和所述同源交叉点(200a、300a)以摄影测量的方式反向投影在三维空间(40)中，以获得涉及所述三维空间(40)的3D交叉点；

e4)重复步骤a4)至d4)多次，直到获得属于所述实心对象的外表面的所述第一区域(11)和第二区域(21)的多个3D交叉点的三维表示；

f4)计算至少一个第一3D交叉点(210)和至少一个第二3D交叉点(211)之间的距离，所述第二3D交叉点(211)与所述第一3D交叉点(210)相对邻近。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法被重复地应用在所述绳索或线缆(2)的至少沿平行于所述绳索或线缆(2)的主要维度的方向(H-H')间隔地相邻的部分上。

14.用于测量绳索或线缆(2)的几何参数的经校准的三维光学测量***(1)，所述经校准的三维光学测量***(1)包括：

-多个数字图像捕获设备(C0、C1、C2、C3)，适用于捕获所述绳索或线缆(2)的外表面的至少一个区域的多个数字图像，

-数字图像处理设备，用于执行根据权利要求1至10或12至13中任一项所述的方法的步骤。

15.根据权利要求14所述的经校准的三维光学测量***(1)，其中，所述数字图像捕获设备(C0、C1、C2、C3)配备有光学器件(400)，所述光学器件的光学焦点位于移相90°的圆周上，每个光学器件(400)面向所述圆周的中心，并且其中，所述数字图像捕获设备(C0、C1、C2、C3)被定向为使得每个光学传感器的水平轴线(Xi)基本上垂直于包含所述圆周的平面，并且所述水平轴线(Xi)全都在相同的指向上定向。

16.根据权利要求14至15中任一项所述的经校准的三维光学测量***(1)，被配置为测量以下几何参数中的至少一个：

-所述绳索或线缆的轴线的位置、定向和线性度，或者接近或外接于所述绳索或线缆的旋转实体的轴线的位置、方向和线性度；

-沿所述绳索或线缆的轴线(30)测量的所述绳索或线缆的长度，或者沿接近或外接于所述绳索或线缆的旋转实体的轴线测量的所述绳索或线缆的长度。

17.根据权利要求14至15中任一项所述的经校准的三维光学测量***(1)，其中，所述绳索或线缆(2)包括在外部盘旋表面上的线圈，并且其中，所述经校准的三维光学测量***(1)被配置为测量所述线圈之间的螺距。

18.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储在所述计算机可读存储介质上的代码指令，使得当所述代码指令由根据权利要求14至17中任一项所述的经校准的三维光学测量***(1)来执行时，所述代码指令使经校准的三维光学测量***(1)实施根据权利要求1至10或12至13中任一项所述的方法。