[發明專利]機器人激光視覺三維測量方法

在審

• 申請號: 201510676647.0
• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN106595511A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 曲道奎;徐方;王宏玉;李邦宇;楊奇峰;潘鑫
• 申請（專利權）人: 沈陽新松機器人自動化股份有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富

1.一種機器人激光視覺三維測量方法，其特征在于：機器人激光視覺三維測量方法包括以下步驟：

步驟一，使用相機獲取被測物體圖像；

步驟二，利用遺傳算法與Hausdorff距離相結合的圖像匹配方法找到相機獲取圖像中被測量物體的位置信息；

步驟三，使用激光：移動機器人使激光打到被測物體上，讀取相機圖像中激光的信息；

步驟四，利用三角測量的原理測量物體的三維信息。

2.根據權利要求1所述的機器人激光視覺三維測量方法，其特征在于：激光和相機之間關系的標定方法如下：

設世界坐標系原點到相機坐標系原點的距離為l，相機焦距為f和激光面與相機光軸的夾角為α；

將標定板置于平臺上，使CCD的像素行和像素列分別平行與標定板的X軸，Y軸；

調整機器人Z軸方向，使得激光中心位置位于CCD像平面的中心處，設當前位置為機器人基礎位置并記下當前機器人Z軸坐標值和像素坐標x；

單步沿機器人Z軸正方向移動，每走一步記下當前位置的Z軸坐標值和像素坐標x，直到CCD中看不到激光為止；

使機器人回到基礎位置沿機器人Z軸負方向移動，每走一步記下當前位置的Z軸坐標值和像素坐標x，直到CCD中看不到激光為止；

控制機器人Z軸移動標記為ΔZ，則相機圖像中激光中心平均位置偏離設為Δx，則：

$tan\mathrm{\α}=\frac{x}{Z_w}=\frac{\mathrm{\Δ}x}{\mathrm{\Δ}Z}$

記錄下的整個像平面的像素坐標x和深度坐標Z_w的對應關系由式：

$Z_w=\frac{xl}{x+f\·tan\mathrm{\α}}$

得

$\frac{1}{Z_w}=\frac{f\·tan\mathrm{\α}}{l}\left(\frac{1}{x}\right)+\frac{1}{l}$

令c₁＝f·tanα/l；c₂＝1/l得：

$\frac{1}{Z_w}=\frac{c_1}{x}+c_2$

采用最小二乘法可得方程組Z＝XC，其中：

$X=\left[\begin{array}{c}1/x_1\\ 1/x_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ 1/x_n\end{array}\right];Z=\left[\begin{array}{c}1/Z_{w1}\\ 1/Z_{w2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ 1/Z_{wn}\end{array}\right];C=\left[\begin{array}{c}{c}_1\\ c_2\end{array}\right]$

則最小二乘法解為：

C＝X⁺Z

即可求出O_w與O_c的距離l和相機焦距f；

設世界坐標系為O_w-X_wY_wZ_w，相機坐標系為O_c-X_cY_cZ_c世界坐標系與相機坐標系有如下關系：

$\left\{\begin{array}{c}x=X_w\\ y=-Y_w\\ z=l-Z_w\end{array}\right.$

由于物與像存在比例對應關系，則有下列等式：

$\frac{X_w}{x}=\frac{Y_w}{y}=\frac{l-Z_w}{f}$

X_w＝Z_wtanα

可得到方程：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_w=\frac{xl\·tan\mathrm{\α}}{x+f\·tan\mathrm{\α}}\\ Y_w=\frac{-yl\·\tan \mathrm{\α}}{x+f\·\tan \mathrm{\α}}\\ Z_w=\frac{xl}{x+f\·\tan \mathrm{\α}}\end{array}\right.$

即得到被測物體所在世界坐標系的三維信息(X_w,Y_w,Z_w)。

3.根據權利要求1所述的機器人激光視覺三維測量方法，其特征在于：遺傳算法與Hausdorff距離結合的匹配方法：

設圖像匹配的適應度函數是

$f(t_x,t_y,s,a)=\frac{1}{1+H(A,B)}$

公式中H(A,B)是模板點集A與圖象中將要匹配的的點集B之間的Hausdorff距離，t_x，t_y分別表示的是模板在圖像中移動的距離，s和a分別為匹配過程中模板的尺度和旋轉因子，(t_x,t_y,s,a)構成了參數空間中的將要尋找的參數，在公式中當H(A,B)的值為0時f(t_x,t_y,s,a)將達到最大值1，當適應度大于所設定的適應度閾值P時，此時的(t_x,t_y,s,a)參數為被測物的位置信息。