[發明專利]一種基于自適應標靶的視覺測量系統及其標定方法

有效

• 申請號: 201110003909.9
• 申請日: 2011-01-10
• 公開（公告）號: CN102175261A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 彭翔;殷永凱;劉曉利;李阿蒙
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01B11/00
• 代理公司: 深圳市威世博知識產權代理事務所(普通合伙) 44280
• 代理人: 何青瓦

技術領域

本發明屬于計算機視覺技術應用領域，尤其涉及一種基于自適應標靶的視覺測量系統及其標定方法。

背景技術

基于結構光的視覺測量系統具有非接觸、速度快、精度高、數據密度大等優點，在逆向工程、質量控制、缺陷檢測等工業生產領域均有廣泛的應用。對視覺測量系統而言，系統標定是影響測量精度的主要因素，精確的系統標定在很大程度上保證了系統的測量精度。

在視覺測量系統中，相機是構成系統的基本單元。系統標定就是確定系統中每個相機的內參，并確定相機之間的位置關系(結構參數)的過程。由此可見，系統標定的基礎正是相機標定。相機標定已經有非常成熟的方法，但均要求有一個制作精良的標靶(二維或三維，標志點的坐標精確已知)作為精度溯源的依據；為了使標定結果更加可靠，通常要求標靶較充分地充滿相機視場，從而為相機參數提供更有力的約束。在系統測量尺度較小時，上述要求通常是容易滿足的。但當測量尺度達到1m甚至更大時，高精度的大尺度標靶制作往往變得費用高昂甚至難以實現。因此對于較大尺度的視覺測量系統的標定，在構造大尺度標靶時，無需保證標志點的位置精度，而是使用大尺度下的坐標測量儀器(如經緯儀等)精確測定其中標志點的坐標。然而，此類儀器通常只能進行逐點測量，并需要較多的人工操作，工作強度大，速度慢。另外，為標定系統中相機之間的相互位置關系，通常會使用形狀簡單的標靶，以保證所有相機對標靶的可視性。然而，此類標靶上的標志點個數往往很少，能提供的關于相機外參的約束也相應減少，需要標靶在公共視場內多次改變姿態，增加了標定過程的操作復雜度，對標定精度也會產生不利影響。某些系統的標定還要求標靶與相機之間保持固有的位置關系，對相機的移動也有特定的要求，這些額外要求往往帶來操作上的困難，并會引入誤差，導致標定精度下降。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于自適應標靶的視覺測量系統的標定方法，旨在以較高的精度構造一個標靶，以實現對系統中相機的同時標定。

本發明是這樣實現的，一種基于自適應標靶的視覺測量系統的標定方法，包括以下步驟：

步驟a，在待測工件的樣品表面均勻粘貼編碼標志點得到標靶；

步驟b，對所述標靶進行校正；

步驟c，將校正后的標靶置于視覺測量系統的測量體積之內，控制系統內的各相機采集校正后的標靶的圖像，根據圖像中的標志點標定系統內各相機的參數以及各相機之間的相互位置關系，完成視覺測量系統的標定。

本發明還提供了一種基于自適應標靶的視覺測量系統，包括：

標靶校正單元，用于對標靶進行校正；所述標靶通過在待測工件的樣品表面均勻粘貼編碼標志點得到；

系統標定單元，用于將所述標靶校正單元校正后的標靶置于視覺測量系統的測量體積之內，控制系統內的各相機采集校正后的標靶的圖像，根據圖像中的標志點標定系統內各相機的參數以及各相機之間的相互位置關系，完成視覺測量系統的標定。

本發明中，基于待測工件的樣品構造標靶，只需向工件表面粘貼編碼標志點即可完成標靶的構造，無需進行機械加工，制作簡單。校正標靶只需要數碼相機和標尺，且可以在多個標靶校正時重復使用，成本低廉。而且基于待測工件的樣品構造標靶，使標靶能夠自適應測量體積，保證標定體積與測量體積的一致性，有助于提高標定結果的可靠性。也正是由于標靶與待測工件具有相同的幾何結構和尺寸，因此可以直接用生產線中固有的機械裝置移動和擺放標靶，尤其適用于在線標定。測量時系統中的所有相機可以同時看到標靶，因此可以對系統中的所有相機同時進行標定，不存在標定誤差的傳遞和積累，因此標定精度高。最少能夠通過相機的一次拍攝結果完成系統標定，此時具有最簡單的標定過程。同時，也可以改變標靶姿態進行多次拍攝，使用多組圖像完成系統標定，此時標定結果具有較高的可靠性。由此可知，本發明提出的標定方法可以兼顧標定的復雜度和可靠性，并且能夠方便的構造大尺寸標靶(1m×1m×1m或者更大)，而不存在加工制作困難等問題，適用于大尺度視覺檢測系統的標定。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的視覺測量系統的標定方法的實現流程圖；

圖2是本發明實施例提供的自適應標靶和標尺的示意圖；

圖3是本發明實施例提供的對編碼標志點進行中心定位的示意圖；

圖4是本發明實施例提供的對編碼標志點進行解碼的示意圖；

圖5是本發明實施例提供的光束平差優化的結果圖；

圖6是本發明實施例提供的標靶校正的結果圖；

圖7是本發明實施例提供的利用構建的標靶對某一視覺測量系統的標定結果；

圖8是本發明實施例提供的視覺測量系統的結構原理圖。