[發明專利]一種單相機雙目視覺傳感器及其調試方法

有效

• 申請號: 201610038589.3
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105744258B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 陳安;王和平;吳忻生;胡躍明
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04N13/02
• 分類號: H04N13/02;H04N17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明公開了一種單相機雙目視覺傳感器及其設計方法，屬于計算機視覺技術領域。

背景技術

傳統的雙目視覺傳感器是基于視差原理，利用兩臺交叉擺放的攝相機從不同角度觀察同一被測物體，獲取同一物體特征點的圖像坐標，來完成目標點的三維測量。但該方法存在一定的缺點：一方面，對于動態測量來說，由于兩臺攝相機的工作狀態不可能完全同步從而降低了測量精度；另一方面，對于某些場合，由于對視覺傳感器的體積及重量要求嚴格，兩臺攝相機組成的視覺傳感器難以滿足要求。

單攝相機在不同時刻從不同角度獲取被測物體的兩幅圖，以此來獲得立體視差雙目視覺三維測量。雖然只使用一臺攝相機，但在測量過程中需要不斷移動，難以進行實時的在現測量，實時同步性差。

單攝相機結合平面反射鏡構成的雙目視覺系統安裝靈活，系統的配置只需要一個攝相機和兩塊反射鏡，實時同步性良好，僅需要獲取一幅圖像，減少了工作量，提高了效率。

發明內容

為了解決現有技術存在的缺陷，本發明公開了一種單相機雙目視覺傳感器及其調試方法，以一個攝相機和兩塊反射鏡為主體，以計算機視覺測量為核心的雙目視覺設計方式，實現了雙目立體視覺技術，從而實現三維重構。且本發名配備上彩色環形結構光能夠使系統獲得更多的目標物體特征，從而簡化計算，和同步實時性良好；

本發明的技術解決方案是：

一種單相機雙目視覺傳感器，包括右反射鏡、左反射鏡、外框架4、攝相機，

所述左反射鏡與右反射鏡左右對稱地相交于所述外框架上，其相交夾角為60°-90°，長為15-20cm，寬為5-10cm；

所述的攝相機相隔一定距離安裝于左反射鏡與右反射鏡夾角平分線所在平面上，且其光軸對著左反射鏡與右反射鏡相交線的中心位置；

所述攝相機經過右反射鏡形成一個虛擬攝相機，經過左攝相機形成另外一個虛擬攝相機，兩個虛擬攝相機構成傳統雙目立體視覺攝相機，從而實現三維重構。

進一步地，還包括彩色環形結構光，所述的彩色環形結構光位于左反射鏡與右反射鏡垂直下方，其中心與左反射鏡、右反射鏡鏡形成的三角結構中心在一條直線上，使測量物體表面形成連續的彩色光模式。

進一步地，所述的外框架包括底座，垂直設置在所述底座上的反射鏡可調支架、用于支撐攝相機的攝相機可調支架、用于固定攝相機的攝相機安裝槽，底座均為鋼制材料，用于固定反射鏡可調支架和彩色環形結構光。

外框架結構靈活，高度可調，所述的攝相機可調支架為鋼質材料，調整它的長度，可以改變攝相機的高度，同時攝相機可調支架可以移動從而改變攝相機與左、右反射鏡的距離；

進一步地，所述的反射鏡可調支架上還設置有用于調節左反射鏡與右反射鏡的夾角的反射鏡連接部，所述的反射鏡可調支架為鋼質材料，調整它的反射鏡連接部，可以改變左、右反射鏡的夾角；

進一步地，所述攝相機安裝槽的側面設置有方便手動旋轉調整攝相機5焦距的鏤空結構。

一種如所述單相機雙目視覺傳感器的調試方法，包括步驟：

步驟1、在設定坐標系中根據攝相機、假設物體及任一反射鏡上物體反射點的坐標值求得該反射鏡法線斜率K₁；

步驟2、以假設物體坐標為圓心，以該圓心到步驟1中所述反射鏡的距離d為半徑畫圓，使另一反射鏡過步驟1中所述反射面的上端點外切于所畫的圓，得到另一反射鏡的法線的斜率K₂

步驟3、根據所述K₁、K₂得出左反射鏡與右反射鏡所成的角度α：

α＝π+arctan(K₁)-arctan(K₂)。

進一步地，還包括步驟：步驟4、根據左反射鏡、右反射鏡所形成的角度α和假設物體位置，將彩色環形結構光放置在目標物的正下方位置，其中心與左反射鏡1、右反射鏡2鏡形成的三角結構中心在一條直線上。

進一步地，將攝相機安裝在設定坐標系原點處，假設物體坐標為(0，y₁),任一反射鏡上物體的反射點坐標為(x₂,y₂)，由于要組成正交的虛擬雙目視覺系統，所以y₂＝y₁+x₂，則求得任一反射鏡的法線的斜率K₁為：

進一步地，所述步驟2中，假設所畫的圓與另一鏡面相切于點(x₃,y₃)，則斜率K₂為：