基于双目立体视觉的电解阴极铜板三维重建研究

针对电解生产阴极铜过程中对其表面质量监测的需求，提出基于双目立体视觉技术进行阴极铜表面具有深度信息瑕疵三维重建方法。首先通过分析大视场下平行双目检测精度模型，建立具有宽基线的双目立体结构，保证定位理论精度。然后为了进行基于SGBM的三维重建，利用稀疏特征点匹配缩小视差搜索范围，提升宽基线稠密立体匹配的效率及精度。使用设计系统进行测量实验，结果表明：该方法实现了对具有瑕疵的电解阴极铜板误差1 mm内的三维重建。这对于电解生产过程中的质量监测具有重要意义，可以帮助及时发现和定位表面瑕疵，从而提高产品质量并减少生产成本。

在电解法生产阴极精炼铜的过程中，由于化学工序的失调会导致阴极铜生产质量降低。为保证电解法生产阴极铜过程中的阴极铜质量，需要进行电解过程中生成阴极铜质量的过程监测。目前电解生产阴极铜产品表面质量要求是按照国家标准来实施的[1]，阴极铜表面以及边缘不能有高于5 mm 以上铇钉， 所有铇钉的总面积不得大于板的总面积的10%；如果存在高于5 mm 以上的铇钉则该板为不合格，铇钉总面积大于10%小于20%可以进行修整。针对上述要求，尤其是对于铇钉高度的检测，需要提出一种针对1000 mm*1000 mm 铜板的高效率、高质量铇钉测量及检测方法，并为铇钉的打磨提供定位信息。具有还原物体三维信息的非接触测量方法有飞行时间法、相位调制法、结构光法及双目、多目立体视觉测量等方法[2]。双目立体视觉凭借其视场扩展性高、成本低更适合对电解阴极铜板上铇钉缺陷进行检测。

测量精度是双目立体视觉系统重要指标之一，在应用过程中，特殊场景下的精度需求对结构参数的设计提出了更加严格的要求。而袁红超提出的阴极铜检测系统缺少对检测系统进行精度分析，且精度不高[3]。国内外的研究主要体现在特征点提取[4]、立体匹配[5] [6]、相机标定[7]等方面，而在结合视场尺寸的双目立体视觉系统测量精度分析较少。

增加基线距离可以有效提高双目立体系统的重建精度[8]，但带来较大的视差搜索范围，严重降低SGBM 算法[9]构建代价空间的效率。结合重建目标所在空间位置，有效缩小视差搜索范围，提高算法匹配效率。基于ORB 方法[10]的稀疏关键点匹配提取铜板上的少量特征点，使用匹配特征点的x 方向平均视差减小铜板重建的视差搜索范围，使用匹配特征点的y 方向平均视差确定系统校正是否稳定，有效提高SGBM 算法的匹配效率。

本文为了建立合理的阴极铜板铇钉缺陷的检测系统，首先通过双目立体视觉测量原理分析影响测量精度的结构因素，使用适合当前任务的测量结构参数。然后通过对系统的校正获取到可进行立体匹配的双目图像对，使用稠密的半全局立体匹配方法生成实验场景下的视差图及深度图，并使用设计系统进行实验。