本发明涉及管件技术领域，尤其涉及一种弯管机的快速调机方法及系统。
背景技术：
管件是航空和汽车领域的重要部件，其负责液体、气体的输送和组件的连接。考虑到飞机和汽车的安全性，在安装前必须检查管子的形状，以防止由于过大的装配应力(尤其是在发动机中)而引起的潜在危险。另一方面，随着弯管机的cnc机床(computernumericalcontrolmachinetools)工艺发展，用于汽车或飞机主体的大部分管材都是由cnc弯管机生产的。为了减少在折弯过程中管件材料的浪费，需要一套可对管件进行尺寸校正的辅助管型测量系统。但是，因为多数管件的空间形态比较复杂且其表面很难做标记检测，因此如何实现快速测量并反馈测量结果是一项很艰巨的任务。
目前工业现场多使用固定夹具的方式检测管件，它可以快速检测管型是否满足要求。但却存在一些不可忽视的局限性：(1)一种类型管件对应一种固定夹具，检测管件类型越多，需要的夹具类型也会越多。(2)夹具需要开模制作，其成本太高，而且部分管件因为结构特殊，很难生产对应的夹具，这类情况在飞机所用管件常遇到。此外，制造过多的夹具不符合可持续发展战略，因为一旦不使用某种类型的管件，相应的夹具也就不会再用。(3)夹具只能检查折弯管件的形状。当与数控折弯机配合使用时，只能定性检查其是否满足要求，不能提供生产中所需要的校正量。
技术实现要素：
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种弯管机的快速调机方法及系统，实现无接触，高效，高准确性的管件测量，可进行管件检测和折弯过程的偏差校正。在此过程中，有三个核心技术点：即捕获管件图像、多相机自标定以及管件的三维重建算法。首先，选用的多相机系统设计有高分辨率相机，镜头，背光源以及光源扩散板，这样可以快速、稳定地捕获高质量和对比度清晰的管件图像，并且不受环境光变化和待测物表面纹理的影响；其次，提出了一种利用特定的标定板求解相机内外参数的高精度，高鲁棒性的多相机标定方法。第三，为管件测量过程中的图像匹配和重建，提出了一种高效、准确、完善的种子圆柱的方法。在基于种子圆柱的图像匹配过程中，结合灰度阈值来定位种子圆柱的边缘。为最小化重建过程偏差，将线性插值方法与基于种子圆柱的方法结合使用。相机的外部参数是指单个相机坐标系与像平面坐标系之间的转换矩阵r、平移矩阵t，这两参数可解决相机拍摄到各点在不同坐标系之间具体坐标的转换问题。相对外参数是也指的是转换矩阵r、平移矩阵t，但它是将两个或两个以上相机看作一个整体，与第三个相机坐标系之间的平移、转换关系。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种弯管机的快速调机方法，具体包括以下步骤：
s1、选取多相机系统；
s2、建立所述多相机系统的内外参数的模型；
s3、利用所述多相机系统的内外参数模型并使用标定板对所述多相机系统进行标定；
s4、利用标定后的多相机系统捕获管件图像，拟合出种子圆柱；
s5、以所述种子圆柱为基准，结合所述多相机系统捕获的管件图像，检索并重建所述管件的三维模型；
s6、利用所述管件的三维模型进行所述弯管机的尺寸矫正。
所述的多相机系统包括有多个安装在支撑架上的高分辨率相机，所述高分辨率相机的帧频为21fps，像素分辨率为1920*1440，所述高分辨率相机采用焦距为6mm的定焦镜头，所述高分辨率相机还通过u3标准接口线缆连接有计算机。
在所述的支撑架上还分别安装有led灯板、扩散板和玻璃板，所述高分辨率相机安装在支撑架的顶部，在支撑架的侧面和底部均安装有led灯板和玻璃板，侧面的led灯板位于侧面的玻璃板下面，底部的led灯板位于底部的玻璃板下面，在支撑架的底部还安装有扩散板，扩散板位于底部的玻璃板的下面。
步骤s2所述建立多相机系统的内外参数的模型，具体方法如下：所述多相机系统在成像过程中，平面上目标点的成像点与理论上的成像点之间存在偏差，所述多相机系统在成像过程的共线方程如下：
其中，(x，y，z)表示标记点的世界坐标，(xw，yw，zw)表示中心投影点的世界坐标，(x，y)表示标记点的二维图像坐标，(x0，y0)表示中心投影点的图像坐标，f表示焦距，(δx，δy)表示坐标偏差，a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3各代表常系数，多相机系统的外参数旋转矩阵r和平移矩阵t模型如下式所示：
平面上目标点的成像点与理论上的成像点之间的偏差包括径向偏差、切向偏差以及像平面偏差，偏差模型如下所示：
δx＝k1xr2 k2xr4 k3xr6 b1(r2 2x2) 2b2xy e1x e2y
δy＝k1yr2 k2yr4 k3yr6 2b1xy b2(r2 2y2)(2)
其中：k1、k2、k3代表径向偏差，b1，b2代表切向偏差，e1，e2代表像平面偏差，k1、k2、k3、b1、b2、e1、e2均为多相机系统的内参数，r2＝x2 y2，(x，y)表示标记点的二维图像坐标。
步骤s3所述的利用所述外参数模型并使用标定板对所述多相机系统进行标定，具体方法如下：
s3.1、建立二维图像点与三维点之间的关系
通过编码标志点检测技术来对应标定板上各编码点的图像坐标与世界坐标；
s3.2、图像数据预处理
利用仿射变换，将标定板上各编码点的世界坐标进行平面化处理，投影在一个空间平面上，并与各编码点的图像坐标进行比对、匹配，筛除匹配程度不佳的点，留下最佳匹配点；
s3.3、预估相机内外参数
利用步骤s3.2中筛选得到各最佳匹配点，使用直接线性变换的方法，结合最小二乘法原理，解得各相机的内外参数初值；
s3.4、首次全局点调整
利用步骤s3.3中解得各相机的内外参数的初值，基于公式(1)--(2)，建立针孔相机模型，引入函数g(x)表示各编码点的图像坐标，即：
g＝f(x,y,z,fx,fy,cx,cy,k1,k2,k3,b1,b2,e1,e2,r,t)(4)
式中(x,y,z)表示对应编码点的世界坐标，fx,fy为焦距在图像坐标系下的投影，cx,cy表示图像坐标系原点到光轴的偏移量，k1,k2,k3代表径向偏差，b1,b2代表切向偏差，e1,e2代表像平面偏差，fx、fy、cx、cy也同为多相机系统的内参数；
对式(4)进行泰勒公式一阶展开，则：
g(x)＝f(x0) f'(x0)(x-x0) α(5)
其中误差α是在δx→0即x→x0的前提下才趋向于0；
因泰勒展开式中二阶以上的变量影响较小，将α忽略不计，即：
g(x)-f(x0)＝f'(x0)δx(6)
用矩阵[b]表示g(x)-f(x0)，矩阵[a]表示f'(x0)，令δx→0，则：
[b]＝[a]dx(7)
求解dx，即：
dx＝(at*a)-1*at*b(8)
解得：
xi＝x0 dx(9)
其中g(xi)为每次迭代所输入的函数初值；f(x0)为调整各点世界坐标后的函数值；
将各点坐标初值以及各相机内外参数初值代入(4)式函数关系，式(8)趋于无限小，求解得到x1，带回式(4)，得到一组新的相机内外参数值；保持解得的相机内参数和编码点的世界坐标值不变，改变相机外参数值，进行(4)--(8)演算过程，如果调整的相机外参数值满足式(8)趋于无限小，即确定该组相机的外参数值，输出x2，将x2和该组相机外参数值带回式(4)进行下一次调整，直到三次调整都完成，输出最终确定的相机内外参数，完成首次全局点调整；
s3.5、应用非编码点
在首次全局点调整之后，获得准确的相机内外参数，将标定板上除编码点外的非编码点进行匹配，应用步骤s3.4中原理进行调整计算；
s3.6、计算相对外参数
选取所述多相机系统中的一个相机作为基准相机，以其余非基准相机与基准相机的相对位置关系建立一个具有相对外部参数的相机模型，并在调整前计算每个非参考相机计算的相对外参数的初始值，所述相机模型如下：
t＝f1(xi,yi,zi,fx,fy,cx,cz,k1,k2,b1,b2,b3,e1,e2,li)(10)
式中(xi,yi,zi)表示对应标志点的世界坐标，li表示所述非基准相机的相对外部参数，相对外部参数由非基准相机相对基准相机的位置决定，经步骤s3.5调整后的基准相机和非基准相机的参数值作为各相机参数初值，求解各非基准相机的相对外参数li；
s3.7、利用步骤s3.4再次进行全局点调整。
所述的标定板采用800mm*600mm的定制标定板。
步骤s4所述的利用标定后的多相机系统捕获管件图像，拟合出种子圆柱，具体方法如下：
对捕获管件图像设置灰度阈值梯度，结合线性插值法，确定管件的边缘像素点，使用最小二乘法原理，查找、拟合出种子圆柱；
步骤s5所述的以所述种子圆柱为基准，结合所述多相机系统捕获的管件图像，检索并重建所述管件的三维模型，具体如下：以所获取的种子圆柱为基准，结合各个相机拍摄的管件图像，检索、重建管件三维模型，管件三维结构与种子圆柱之间的关系，公式表达如下：
式中(cx,cy,cz)表示种子圆柱截面圆心的相机坐标，
选取多相机系统中的一个相机作为种子相机，以种子相机拍摄的种子圆柱为基准，利用迭代优化算法，选择最符合管件特征的各段管件，最终形成完整的管件三维模型。
步骤s6所述的利用所述管件的三维模型进行所述弯管机的尺寸矫正具体方法如下：
首先，将管件的理论数据输入到弯管机中，根据管件的三维模型生产一根标记为管a的管子，然后，对管a进行测量，将测量的管件数据与管件的理论数据比对，将比对得到的偏差结果输入到弯管机中进行尺寸校正。
一种弯管机的快速调机系统，包括有：
多相机系统：用于捕获管件图像；
多相机系统标定单元：用于建立所述多相机系统的内外参数的模型，利用所述多相机系统的内外参数模型并使用标定板对所述多相机系统进行标定；
管件三维模型重建单元：利用标定后的多相机系统捕获管件图像，拟合出种子圆柱，以所述种子圆柱为基准，结合所述多相机系统捕获的管件图像，检索并重建所述管件的三维模型；
尺寸矫正单元：利用所述管件的三维模型进行所述弯管机的尺寸矫正。
本发明的优点是：本发明可在3秒钟内重建试管，开发的系统误差为0.15mm，本发明除了具有显着的鲁棒性的突出优点外，多相机系统易于使用且具有全自动操作的功能。
附图说明
图1是本发明实施例多相机测量系统结构示意图。
图2是本发明实施例弯管机的快速调机方法流程示意图。
图3是本发明实施例800*600标定板实拍图。
图4是本发明实施例多相机成像示意图。
图5是本发明实施例管型数据校正前测量结果图。
图6是本发明实施例校正前夹具测量结果图。
图7是本发明实施例管型校正后测量结果图。
图8是本发明实施例管型校正后夹具测量结果图。
图9为编码点和非编码点示意图。
具体实施方式
如图2所示，一种弯管机的快速调机方法，具体包括以下步骤：
s1、选取多相机系统；
s2、建立所述多相机系统的内外参数的模型；
s3、利用所述多相机系统的内外参数模型并使用标定板对所述多相机系统进行标定；
s4、利用标定后的多相机系统捕获管件图像，拟合出种子圆柱；
s5、以所述种子圆柱为基准，结合所述多相机系统捕获的管件图像，检索并重建所述管件的三维模型；
s6、利用所述管件的三维模型进行所述弯管机的尺寸矫正。
一种弯管机的快速调机系统，包括有：
多相机系统：用于捕获管件图像；
多相机系统标定单元：用于建立所述多相机系统的内外参数的模型，利用所述多相机系统的内外参数模型并使用标定板对所述多相机系统进行标定；
管件三维模型重建单元：利用标定后的多相机系统捕获管件图像，拟合出种子圆柱，以所述种子圆柱为基准，结合所述多相机系统捕获的管件图像，检索并重建所述管件的三维模型；
尺寸矫正单元：利用所述管件的三维模型进行所述弯管机的尺寸矫正。
1.1多相机测量系统
图1示意为用于管件测量的多相机系统。其由十个高分辨率相机1(一般最少八个相机，最高18个)、定焦镜头、led灯板、扩散板2、玻璃板3、光源4、支撑架和计算机组成。该相机的帧频为21fps，像素分辨率为1920*1440，u3标准接口线缆连接计算机，镜头的焦距为6mm。
所述的多相机系统包括有多个安装在支撑架上的高分辨率相机，所述高分辨率相机的帧频为21fps，像素分辨率为1920*1440，所述高分辨率相机采用焦距为6mm的定焦镜头，所述高分辨率相机还通过u3标准接口线缆连接有计算机。
在所述的支撑架上还分别安装有led灯板、扩散板和玻璃板，所述高分辨率相机安装在支撑架的顶部，在支撑架的侧面和底部均安装有led灯板和玻璃板，侧面的led灯板位于侧面的玻璃板下面，底部的led灯板位于底部的玻璃板下面，在支撑架的底部还安装有扩散板，扩散板位于底部的玻璃板的下面。
该系统的最大优势在于其工作原理：高分辨率相机和定焦镜头可捕捉更清晰的图像，图像中可展现的细节越多，越有助于提高测量性能。扩散板可帮助形成更均匀的背光。均匀背光有助于为测量对象提供更明显的对比度，从而方便后续更高效、准确地提取待测对象的边缘线。而且，为测量对象提供背光，可有效防止环境光线对测量结果的影响。
1.2实际测量过程
1.2.1相机标定
为了实现高精度的管件测量，首先需要对系统中的相机进行高精度的标定。不改变各相机相对位置的情况下，结合设计的多相机系统特征，提出了一种高精度的测量方法。该方法使用定制标定板5直接求解相机的内外参数，现有相机标定过程都是从求解相机的内外参数开始，而发明的创新点在于建立了一种新的数学模型求解相机内外参数，应算新方法。上述标定方法所用到的则是针孔成像原理。在实际成像中，诸如相机镜头畸变之类的因素影响，平面上的目标点的成像点与理论值之间存在一定的偏差。实际成像过程所用到的共线方程如下：
其中，(x,y,z)表示标记点的世界坐标，(xw,yw,zw)表示中心投影点的世界坐标，(x,y)表示标记点的二维图像坐标，(x0,y0)表示中心投影点的图像坐标，f表示焦距，(△x，△y)表示坐标偏差，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3各代表常系数，是通过建模后，得到的坐标数值间的常系数关系。，多相机系统的外参数旋转矩阵r和平移矩阵t模型如下式所示：
为获得更高的标定精度，考虑了所有可能的偏差，平面上目标点的成像点与理论上的成像点之间的偏差包括径向偏差、切向偏差以及像平面偏差，偏差模型如下所示：
δx＝k1xr2 k2xr4 k3xr6 b1(r2 2x2) 2b2xy e1x e2y
δy＝k1yr2 k2yr4 k3yr6 2b1xy b2(r2 2y2)(2)
其中：k1、k2、k3代表径向偏差，b1，b2代表切向偏差，e1，e2代表像平面偏差，k1、k2、k3、b1、b2、e1、e2均为多相机系统的内参数；r2＝x2 y2。
如图3所示，使用800mm*600mm的标定板，事先利用xtdp系统进行标定板标定工作，之后再用其进行相机标定，这样可保证测量结果更加准确、可靠。使用上述方法对相机进行标定。在测量平台上管件可能存在的不同位置移动、旋转标定板，收集10-15张图像(图片在相机的视野范围内摆放都是有效的)。以上述相机系统的坐标转换关系及偏差模型，求解标定平面上的平均重投影误差不超过0.05个像素，即达到了标定相机的目的。具体实现步骤为：
s3.1建立二维图像点与三维点之间的关系
通过标志点检测技术(目前现行技术中标记点检测采用01二值法来区别、确认标记点编码)，对应标定板上各编码点的图像坐标与世界坐标(编码点和非编码点的区分在于内圆外侧是否有同心的分割圆弧段，具体如图9所示，图9(a)为编码点，图9(b)为非编码点。
s3.2图像数据预处理
利用仿射变换，将标定板上各编码点的世界坐标进行平面化处理，投影在一个空间平面上，该平面上各点z轴坐标统一为零，并与各编码点的图像坐标进行比对、匹配，筛除部分匹配程度不佳的点，留下最佳匹配点。
定位标定板最中心圆作为检测中心，假定中心圆在投影空间平面和像平面的位置可完全重合，求解周围各点对应坐标偏差，偏差越低，则匹配度越高，可作为下一步预估参数的匹配点。
标定中有三个坐标系：相机坐标系(xyz)，像平面坐标系(xy)以及像素坐标系(uv)，相机坐标系是三维，剩下两者是二维；前述的空间平面是先将各编码点投影到z坐标为0的平面上，即把各点投影到二维平面上，比对各标志点在像平面坐标和该空间平面坐标偏差。
s3.3、预估相机内外参数
利用(2)中筛选得到各最佳点，使用dlt(directineartransformation)直接线性变换的方法，结合最小二乘法原理，解得各相机的内外参数初值。
s3.4、首次全局点调整
在s3.5、中解得各相机参数初值，在不改变已有的共线方程情况下，为更好地提升相机内外参数的准确性，基于公式(1)-(2)，建立针孔相机模型，引入函数g(x)表示各编码点的图像坐标，即：
g＝f(x,y,z,fx,fy,cx,cy,k1,k2,k3,b1,b2,e1,e2,r,t)(4)
式中(x,y,z)表示对应编码点的世界坐标，fx,fy为焦距在图像坐标系下的投影，cx,cy表示图像坐标系原点到光轴的偏移量，k1,k2,k3代表径向偏差，b1,b2代表切向偏差，e1,e2代表像平面偏差，r,t分别表示世界坐标系与相机坐标系间的旋转矩阵，平移矩阵。fx、fy、cx、cy也同为多相机系统的内参数。
对式(4)进行泰勒公式一阶展开，则：
g(x)＝f(x0) f'(x0)(x-x0) α(5)
其中α误差是在δx→0即x→x0的前提下才趋向于0，所以如果δx太大，误差会比较大。
因泰勒展开式中二阶以上的变量影响较小，可将α忽略不计，即：
g(x)-f(x0)＝f'(x0)δx(6)
用矩阵[b]表示g(x)-f(x0)，矩阵[a]表示f'(x0)，令δx→0，则：
[b]＝[a]dx(7)
求解dx，即：
dx＝(at*a)-1*at*b(8)
解得：
xi＝x0 dx(9)
其中g(xi)为每次迭代所输入的函数初值；f(x0)为调整参数或各点世界坐标后的函数值，其受相机内外参数以及各编码点坐标值的影响。
基于以上原理，经过多次迭代求解xi，可完成首次全局点调整，式(4)、函数中除编码点的3个坐标系外，其他各变量是相机的内外参数，首次将各点坐标初值以及上一步求解的相机内外参数初值代入(4)式函数关系，具体演算过程如上式(4)--(8)，保证式(8)趋于无限小，求解得到x1，带回式(4)，得到一组新的相机内外参数值。具体调整是这样的，保持解得的相机内参数和3d点坐标不变，改变相机外参数值，进行(4)--(8)演算过程，如调整的相机外参数值，可满足式(8)趋于无限小，即确定该组相机外参数值，输出x2，将x2和该组相机外参数值带回式(4)进行下一次调整，直到三次调整都完成，输出最终确定的相机内外参数。为了确保稳定的计算，此全局点调整分三个步骤执行。首先，固定相机内参数和3d点坐标，并且仅调整每幅图像的相机外参数。其次，固定每幅图像的相机外参数和3d点坐标，并且仅调整每个相机中的相机内参数。最后，固定3d点的坐标，并调整每个相机的内外参数。具体就是利用(4)中函数关系，不改变已有的标记点坐标值以及外参数，改变内参数值。
s3.5、应用非编码点
在第一次全局点调整之后，可以获得较为准确的相机内参数。为了提高计算精度，需将标定板上除编码点外的非编码点进行匹配，应用s3.4中原理进行调整计算。
(6)计算相对外参数
经过s3.4、s3.5步的调整，完成了相机内外参数的初步调整。为保证全局点调整的准确性和稳定性，以本发明所用的10个相机，选中其中捕获图像最清晰、完整的作为基准相机，以其他9个非基准相机与基准相机的相对位置关系，建立一个具有相对外部参数的相机模型，并在调整前对每个非参考相机计算其相对外参数的初始值。
t＝f1(xi,yi,zi,fx,fy,cx,cz,k1,k2,b1,b2,b3,e1,e2,li)(10)
ti表示第i个非基准相机拍摄的标志点图像坐标，式中(xi,yi,zi)表示对应标志点的世界坐标，li表示该非基准相机的相对外部参数，该参数由非基准相机相对基准相机的位置决定。经s3.5、步调整后的基准相机和非基准相机的参数值作为各相机参数初值，求解各非基准相机的相对外参数li。
(7)再次全局点调整
在完成第一次全局点调整及相对外部参数调整后，可执行第二次全局点调整，具体原理如s3.4。注意，这次调整，针对已经确定的标志点世界坐标，将在调整过程中将其固定，其中包括实现第一次全局点调整用到的最佳匹配点，以及调整中，坐标匹配较好的各标志点。至此，便实现了多相机系统的标定工作。
1.2.2管件重建
标记管件很难体现管件全部特征，并且管件自身受表面纹理特征影响，也很难粘贴标记点，没有可匹配的特征是测量过程中的关键难题。由于管件三维结构可由管径的中心轴线延展得到，因而管件重建的关键在于重建中心轴线。通过构建种子圆柱模型，结合实时验证和线性插值的方法，实现管件重建。该方法不受管型限制，对具有分支的管件也同样有效，具体多相机测量后管件图像如图4所示。
(1)获取种子圆柱
本发明所用的相机系统使用了led背光灯以及光源扩散板，增强了图像中的管件与周围环境间的对比度。对捕获管件图像设置灰度阈值梯度，结合线性插值法，确定管件的边缘像素点。至此，便可使用最小二乘法原理，查找、拟合出种子圆柱所在的直线段部分。
为更高效地实现管件重建，选取一个相机作为种子相机，并先以此相机进行上述解算过程，得到管件的种子圆柱。结合标定中相对外部参数设定原理，利用极限匹配的方法获取其他9个相机的种子圆柱。
(2)管件重建
以(1)所获取的种子圆柱为基准，以各个种子圆柱为基准，结合各个相机拍摄的管件图像，检索、重建管件三维模型。这其中管件三维结构与种子圆柱之间的关系，可以下公式表达：
式中(cx,cy,cz)表示种子圆柱截面圆心的相机坐标，
由于各相机拍摄角度不同，各相机所检索、拟合出的管件也可能只体现部分管件特征，以种子相机拍摄的种子圆柱为基准，利用迭代算法优化的方式，选择最符合管件特征的各段管件，最终形成完整的管件三维模型。迭代算法是从各相机拍摄得到的管件图像中，寻找管件各个部分最符合管件特征的图像，提取中心轴线，拟合小圆柱，与种子圆柱拼接得到管型。
1.2.3cnc折弯机尺寸矫正
基于以上原理过程，为了证明先进的多相机系统与cnc弯管机配合使用进行管件尺寸校正的实用性和效率，使用了通常需要操作员在cnc弯管机中校准20次以上的复杂管件。首先，将管件的理论数据输入到cnc折弯机中，生产一根标记为管a的管子。然后，使用开发系统对管a进行测量，结果如图5所示，图5中的横轴代表折弯点，纵轴代表公差。从图6可以看出，折弯的第一根管与夹具模型很不匹配，其中c、d、f点处偏差最为明显。将获得的偏差结果与管件的理论数据进行比较，并将其发送到cnc折弯机进行尺寸校正。最后，名为管b的管件是通过cnc折弯机中的校正数据生成的。如图7所示，系统测得的tube2既满足公差要求，又刚好匹配图8的夹具装置，图7中的横轴代表折弯点，纵轴代表公差。
通过以上实验，我们发现只需要进行一次校正即可满足校正管型的要求。此外，开发系统是显示每个弯曲点的偏差，来展示测量管件特征，其结果相较人工目测更为精准。由此也证明了该系统可针对解决弯管机生产中的管件校正问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
1.一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
s1、选取多相机系统；
s2、建立所述多相机系统的内外参数的模型；
s3、利用所述多相机系统的内外参数模型并使用标定板对所述多相机系统进行标定；
s4、利用标定后的多相机系统捕获管件图像，拟合出种子圆柱；
s5、以所述种子圆柱为基准，结合所述多相机系统捕获的管件图像，检索并重建所述管件的三维模型；
s6、利用所述管件的三维模型进行所述弯管机的尺寸矫正。
2.根据权利要求1所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：所述多相机系统包括有多个安装在支撑架上的高分辨率相机，所述高分辨率相机连接有计算机。
3.根据权利要求2所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：所述高分辨率相机安装在所述支撑架的顶部，在所述支撑架的侧面和底部均安装有led灯板和玻璃板，侧面的led灯板位于侧面的玻璃板下面，底部的led灯板位于底部的玻璃板下面，在所述支撑架的底部还安装有扩散板，所述扩散板位于所述底部的玻璃板的下面。
4.根据权利要求1所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：步骤s2所述建立多相机系统的内外参数的模型，具体方法如下：
多相机系统的外参数旋转矩阵r和平移矩阵t模型如下式所示：
其中，(xw,yw,zw)表示中心投影点的世界坐标，a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3各代表常系数，
平面上目标点的成像点与理论上的成像点之间的偏差包括径向偏差、切向偏差以及像平面偏差，偏差模型如下所示：
其中：k1、k2、k3代表径向偏差，b1,b2代表切向偏差，e1,e2代表像平面偏差，k1、k2、k3、b1、b2、e1、e2均为多相机系统的内参数，r2＝x2 y2，(x,y)表示标记点的二维图像坐标。
5.根据权利要求4所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：步骤s3所述的利用所述外参数模型并使用标定板对所述多相机系统进行标定，包括获取相机内外参数和所述相机的相对外参数，其中，获取相机内外参数包括：
s3.1、通过编码标志点检测技术来对应标定板上各编码点的图像坐标与世界坐标；
s3.2、利用仿射变换，将所述标定板上各编码点的世界坐标进行平面化处理，投影在一个空间平面上，并与各编码点的图像坐标进行比对、匹配，筛除匹配程度不佳的点，留下最佳匹配点；
s3.3、利用所述最佳匹配点，使用直接线性变换的方法，结合最小二乘法原理，解得各相机的内外参数初值；
s3.4、使用所述各相机的内外参数初值以及各编码点的图像坐标进行首次全局点调整；
s3.5、在首次全局点调整之后，获得调整后的相机内外参数，将所述标定板上除编码点外的非编码点进行匹配，应用步骤s3.4进行调整计算；
其中，获取所述相机的相对外参数包括：
s3.6、选取所述多相机系统中的一个相机作为基准相机，以其余非基准相机与基准相机的相对位置关系建立一个具有相对外部参数的相机模型，并在调整前计算每个非基准相机计算的相对外参数的初始值，并利用步骤s3.4再次进行全局点调整，以获取所述相机的相对外参数。
6.根据权利要求1或5所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：所述的标定板采用800mm*600mm的定制标定板。
7.根据权利要求5所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：步骤s4所述的利用标定后的多相机系统捕获管件图像，拟合出种子圆柱，具体方法如下：
对捕获管件图像设置灰度阈值梯度，结合线性插值法，确定管件的边缘像素点，使用最小二乘法原理，查找、拟合出种子圆柱。
8.根据权利要求7所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：步骤s5所述的以所述种子圆柱为基准，结合所述多相机系统捕获的管件图像，检索并重建所述管件的三维模型，具体如下：以所获取的种子圆柱为基准，结合各个相机拍摄的管件图像，检索、重建管件三维模型，管件三维结构与种子圆柱之间的关系，公式表达如下：
式中(cx,cy,cz)表示种子圆柱截面圆心的相机坐标，
选取多相机系统中的一个相机作为种子相机，以种子相机拍摄的种子圆柱为基准，利用迭代优化算法，选择最符合管件特征的各段管件，最终形成完整的管件三维模型。
9.根据权利要求8所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：步骤s6所述的利用所述管件的三维模型进行所述弯管机的尺寸矫正具体方法如下：
将所述管件的理论数据输入到弯管机中，根据所述管件的三维模型生产一根标记为管a的管子；
对所述管a进行测量，将测量的管件数据与管件的理论数据比对，将比对得到的偏差结果输入到所述弯管机中进行尺寸校正。
10.如权利要求5所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：利用步骤s3.3中解得各相机的内外参数的初值，基于公式(1)--(2)，建立针孔相机模型，引入函数g(x)表示各编码点的图像坐标，即：
g＝f(x,y,z,fx,fy,cx,cy,k1,k2,k3,b1,b2,e1,e2,r,t)(4)
式中(x,y,z)表示对应编码点的世界坐标，fx,fy为焦距在图像坐标系下的投影，cx,cy表示图像坐标系原点到光轴的偏移量，k1,k2,k3代表径向偏差，b1,b2代表切向偏差，e1,e2代表像平面偏差，fx、fy、cx、cy也同为多相机系统的内参数；
对式(4)进行泰勒公式一阶展开，则：
g(x)＝f(x0) f'(x0)(x-x0) α(5)
其中误差α是在δx→0即x→x0的前提下才趋向于0；
因泰勒展开式中二阶以上的变量影响较小，将α忽略不计，即：
g(x)-f(x0)＝f'(x0)δx(6)
用矩阵[b]表示g(x)-f(x0)，矩阵[a]表示f'(x0)，令δx→0，则：
[b]＝[a]dx(7)
求解dx，即：
dx＝(at*a)-1*at*b(8)
解得：
xi＝x0 dx(9)
其中g(xi)为每次迭代所输入的函数初值；f(x0)为调整各点世界坐标后的函数值；
将各点坐标初值以及各相机内外参数初值代入(4)式函数关系，式(8)趋于无限小，求解得到x1，代回式(4)，得到一组新的相机内外参数值；保持解得的相机内参数和编码点的世界坐标值不变，改变相机外参数值，进行(4)--(8)演算过程，如果调整的相机外参数值满足式(8)趋于无限小，即确定该组相机的外参数值，输出x2，将x2和该组相机外参数值带回式(4)进行下一次调整，直到三次调整都完成，输出最终确定的相机内外参数，完成首次全局点调整。
11.如权利要求5所述的一种弯管机的快速调机方法，其特征在于：所述相机模型如下：
t＝f1(xi,yi,zi,fx,fy,cx,cz,k1,k2,b1,b2,b3,e1,e2,li)(10)
式中(xi,yi,zi)表示对应标志点的世界坐标，li表示所述非基准相机的相对外部参数，相对外部参数由非基准相机相对基准相机的位置决定，经步骤s3.5调整后的基准相机和非基准相机的参数值作为各相机参数初值，求解各非基准相机的相对外参数li。
12.一种弯管机的快速调机系统，其特征在于：包括有：
多相机系统：用于捕获管件图像；
多相机系统标定单元：用于建立所述多相机系统的内外参数的模型，利用所述多相机系统的内外参数模型并使用标定板对所述多相机系统进行标定；
管件三维模型重建单元：利用标定后的多相机系统捕获管件图像，拟合出种子圆柱，以所述种子圆柱为基准，结合所述多相机系统捕获的管件图像，检索并重建所述管件的三维模型；
尺寸矫正单元：利用所述管件的三维模型进行所述弯管机的尺寸矫正。
技术总结