[發明專利]用于微小尺寸測量的線結構光視覺傳感器標定方法

無效

• 申請號: 201010146165.1
• 申請日: 2010-04-14
• 公開（公告）號: CN101814185A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 劉斌;孫長庫
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01B11/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本發明涉及一種線結構光視覺測量系統，尤其涉及一種用于微小尺寸測量的線結構光 視覺傳感器標定方法。

背景技術

線結構光視覺測量技術是一種非接觸的主動傳感測量技術，具有結構簡單、柔性好、 抗干擾性強、測量迅速，以及光條圖像信息易于提取等優點。在高速視覺測量、工業檢測、 逆向工程等領域有著重要的意義和廣闊的應用前景。

線結構光視覺傳感器用于測量范圍為10μm-1mm，測量精度要求到微米級別的微小尺 寸測量時，傳感器的光學特性中放大倍率較大，而景深和視場范圍都較小。因此，一般的 線結構光視覺傳感器標定方法都會受景深和視場范圍較小的制約，而無法完成標定任務。 需要設計出一套適用于微小尺寸測量，操作簡單，結果精確的線結構光視覺傳感器標定方 法。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供一種用于微小尺寸測量的線結構光視覺測量傳感器標 定方法。使用一個平行線平板靶標，完成傳感器參數的標定，簡化標定過程，滿足現場標 定的需要。本發明中涉及到的傳感器包括CCD攝像機和激光器。

為了解決上述技術問題，本發明用于微小尺寸測量的線結構光視覺測量傳感器標定方 法予以實現的技術方案是：該方法包括以下步驟：

步驟一、在一平行線平板靶標的表面上設置中心線和標記線，

在一平行線平板靶標的表面刻畫出一組具有N條的水平陣列直線，其中，N不少于7， N的上限值根據傳感器的CCD攝像機的視場范圍大小確定，將位于中間的一條直線定義為 中心線，其上下兩側鄰近的兩條平行直線定義為標記線，每條標記線與中心線的距離為ds； 以這兩條標記線為基準，向上和向下的相鄰平行線的間距均為dy，且dy＞ds，所述ds及 dy的取值范圍根據傳感器的CCD攝像機視場范圍大小確定，上述所有的水平陣列直線與平 行線平板靶標的矩形平板的下邊沿平行；

步驟二、采集一組圖像，

將上述靶標固定在一個精密移動平臺上，固定靶標并使其垂直于該平臺的移動方向， 然后，調整平臺位置確保靶標平面垂直于光平面；激光平面投射到靶標面上產生一條光條； 調整傳感器的激光器保證光條重合于靶標面的上下對齊標記，使光條垂直于靶標上的直線 陣列；此時，光條與平行直線陣列相交形成一組交點，并以間距為dx移動靶標到不同位 置并采集一組圖像，將采集到的圖像保存到計算機；

步驟三、確定靶標拓撲關系，包括：

(3-1)當線結構光光條投射于平行線平板靶標時，光條與所述各平行直線相交，將 交點定義為標定特征點；光條與所述中心線的交點定義為光平面坐標系的原點O_l，所述 平行直線的方向定義為O_lZ_l軸，光條方向定義為O_lY_l軸，光平面坐標系的O_lX_l軸垂直于 靶標平面；

(3-2)將靶標在CCD攝像機景深之內距離CCD攝像機最近位置定為零位，此位置 光條和中心直線的交點定義為世界坐標系原點，其坐標為(0，0，0)，確定各標定特征點 在世界坐標系下的O_lY_l軸線坐標；至此獲得各標定特征點的世界坐標系坐標，并將其保 存到計算機；

步驟四、傳感器參數標定，包括：

(4-1)定義線結構光視覺測量模型，(X_l，Y_l，0)為光平面上P點在光平面坐標系下 的三維坐標，(u，v)和(u_d，v_d)分別為理想像點P_u和實際像點P_d在計算機圖像坐標系下的 像素坐標，根據直接線性變換模型DLT，P(X_l，Y_l，0)與(u，v)的轉換關系如下：