[發(fā)明專利]基于線結(jié)構(gòu)光掃描的長圓柱形物體三維識別與定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510868428.2
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN106813570B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱楓;付雙飛;吳清瀟;王爽;李思聰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24;G01B11/245
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 徐麗;周秀梅

本發(fā)明面向機器人自動上料，提出了一種基于線結(jié)構(gòu)光掃描的長圓柱形物體三維識別與定位方法：利用結(jié)構(gòu)光測量傳感器以固定步長分m次軸向掃描料箱中的長圓柱形物體表面，得到m個剖面的結(jié)構(gòu)光測量數(shù)據(jù)；對每個剖面的結(jié)構(gòu)光測量數(shù)據(jù)分別進行數(shù)據(jù)分割，使得屬于同一物體的數(shù)據(jù)分割在一段圓弧中；對每段分割數(shù)據(jù)進行圓弧擬合，得到圓心坐標(biāo)；匹配m個剖面的每個圓弧圓心，使得屬于同一物體的圓弧匹配在一起；通過線性插值算法計算物體的三維坐標(biāo)；確定抓取物體的標(biāo)號。本發(fā)明可以實現(xiàn)長圓柱形物體三維坐標(biāo)的在線、實時、自動、非接觸測量，測量速度快、精度高；對物體自身約束小，半徑和長度可以隨意變化；料箱中物體擺放位置隨意，可以傾斜、交叉等；對噪聲具有魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機視覺領(lǐng)域，具體的說涉及一種基于線結(jié)構(gòu)光掃描的長圓柱形物體三維識別與定位方法。

背景技術(shù)

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，自動化已經(jīng)成為未來的發(fā)展方向。利用機器人代替人工實現(xiàn)自動上下料，不僅節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，同時提高安全系數(shù)，降低工人勞動強度，成為越來越多公司的理想選擇。

為了實現(xiàn)機器人自動上下料，需要測量物料的位置，然后傳遞給機器人，引導(dǎo)機械手進行抓取。而結(jié)構(gòu)光測量方法因設(shè)備簡單、實時性強而受到高度重視，尤其在對測量設(shè)備的體積、重量、功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合，結(jié)構(gòu)光測量更體現(xiàn)了其優(yōu)勢。

結(jié)構(gòu)光測量方法是一種主動式光學(xué)測量技術(shù)，其基本原理是通過結(jié)構(gòu)光投射器向被測物體表面投射可控制光點、光條或光面結(jié)構(gòu)，并由圖像傳感器(例如攝像機)獲得圖像，然后通過系統(tǒng)幾何關(guān)系，利用三角原理計算得到物體的三維坐標(biāo)。根據(jù)結(jié)構(gòu)光投射器向被測物體表面投射可控制的光點、光條或光面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)光可分為點結(jié)構(gòu)光、線結(jié)構(gòu)光和面結(jié)構(gòu)光。由于點結(jié)構(gòu)光測量方法需要逐點掃描物體進行測量，隨著被測物體的增大，圖像攝取和圖像處理時間會急劇增加，難以實現(xiàn)實時測量；而面結(jié)構(gòu)光得到三維坐標(biāo)點數(shù)據(jù)量很大，計算量也會隨之增加，因此，線結(jié)構(gòu)光在工程上的應(yīng)用更為普遍。

由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，受噪聲污染嚴(yán)重，料箱中長圓柱形物體的半徑、長度又隨意變化，且擺放雜亂無章，一般的測量方法的精度很難達(dá)到實際要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)噪聲污染嚴(yán)重，料箱中長圓柱形物體半徑、長度隨意變化，且擺放雜亂隨意等情況對測量精度的影響，本發(fā)明提供一種測量速度快，精度高，魯棒性強，實時、自動地實現(xiàn)長圓柱形物體三維識別與定位的方法。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于線結(jié)構(gòu)光掃描的長圓柱形物體三維識別與定位方法，用于實現(xiàn)料箱中長圓柱形物體位置的測量，包括以下步驟：

利用線結(jié)構(gòu)光測量傳感器對料箱中的長圓柱形物體以固定步長分m次進行軸向掃描，得到m個剖面的結(jié)構(gòu)光測量數(shù)據(jù)；

對每個剖面的結(jié)構(gòu)光測量數(shù)據(jù)分別進行數(shù)據(jù)分割，使得屬于同一物體的數(shù)據(jù)分割在一段圓弧中；

對每段分割數(shù)據(jù)進行圓弧擬合，得到圓心坐標(biāo)；

根據(jù)同一物體上的圓弧應(yīng)滿足的約束條件，匹配m個剖面的圓弧圓心；

利用線性插值算法計算長圓柱形物體的三維坐標(biāo)；

確定抓取的物體標(biāo)號。

所述m的設(shè)定個剖面基本能覆蓋整個長圓柱形物體的軸向，需要根據(jù)實際情況自行確定。

所述線結(jié)構(gòu)光測量傳感器所投射的射線是1個。

所述數(shù)據(jù)分割過程中，同一段圓弧的數(shù)據(jù)點應(yīng)該同時滿足以下條件：

|x_i-x_i-1|+|z_i-z_i-1|＜k₁ (1)