[發明專利]一種結構光視覺傳感器及其快速標定方法

在審

• 申請號: 201810402428.7
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108709499A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 宋樂;曾小婉;宮虎;鄭葉龍;趙美蓉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: 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: 劉子文

本發明公開了一種結構光視覺傳感器及其快速標定方法，在兩個平面上分別一次性提取光條中的光點，利用奇異值分解(singular value decomposition,SVD)方法對得到的多個光點進行擬合，從而得到結構光光平面參數。該方法去除了需要額外引入精密測量儀器或需要在多個靶標位置下擬合直線求交點的步驟，將快速獲得的多個光點均作為擬合點進行擬合，使得整個過程簡便易行；本發明方法通過快捷地得到結構光光平面參數，在后續視覺測量過程中應用相機和激光器相對位置不變，即激光三角法對未知形貌特征的表面進行測量。利用主動視覺的方法在工業現場實現無接觸無損測量，滿足現場在線測量的需求。

技術領域

本發明屬于機器視覺測量領域，具體涉及一種結構光視覺傳感器及其快速標定方法。

背景技術

對于工業現場物體空間特征尺寸的檢測，采用單目相機和線結構光結合形成視覺傳感器 的方式，利用激光三角法測量原理，使得在單目相機只能得到平面二維坐標值的基礎上，增 加了由結構光提供的深度信息。由于單線結構光受物體表面形貌的調制，相機獲得的圖像中 即可解算出光條點的x和y坐標值，z軸方向的坐標值即可以通過結構光平面的信息得到。

采用傳統拉絲法或鋸齒靶法需要引入標準坐標測量儀器或精密移動平臺，且標準坐標測 量儀器瞄準的點與對亮點進行灰度提取得到的點一般不是同一點。采用光條與棋盤格靶標內 網格直線相交求得光點的方式需要進行多次直線擬合，即首先要對棋盤格角點進行提取，再 對提取的角點進行直線擬合，將光條擬合成直線，使由棋盤格角點擬合得到的多條直線和光 條直線相交求交點。基于交比不變原理獲取光條點坐標也需要將提取的光條進行直線擬合再 與坐標已知的共線點組成的直線相交，從而求出光條點的坐標。以上方法均無法快速便捷地 獲得多個非共線光點，因此需要提出一種新的方法。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種結構光視覺傳感器及其快速標定 方法，在兩個平面上分別一次性提取光條中的光點，利用奇異值分解(singularvalue decomposition,SVD)方法對得到的多個光點進行擬合，從而得到結構光光平面參數。該方法 去除了需要額外引入精密測量儀器或需要在多個靶標位置下擬合直線求交點的步驟，將快速 獲得的多個光點均作為擬合點進行擬合，使得整個過程簡便易行；本發明方法通過快捷地得 到結構光光平面參數，在后續視覺測量過程中應用相機和激光器相對位置不變，即激光三角 法對未知形貌特征的表面進行測量。利用主動視覺的方法在工業現場實現無接觸無損測量， 滿足現場在線測量的需求。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種結構光視覺傳感器，包括固定支架、結構光激光器和相機，所述固定支架的一端通 過激光器基座設置有所述結構光激光器，固定支架的另一端通過相機基座垂直于水平面固定 有所述相機，所述結構光激光器和相機間的距離及角度可調，相機鏡頭可拍攝到結構光激光 器射出的光線。

進一步的，所述結構光激光器的光軸與所述相機的光軸之間的夾角為25°-30°。

一種結構光視覺傳感器的快速標定方法，包括以下步驟：

(1)標定相機內外參數:利用張氏標定法，采集變化方位的靶標圖像，使靶標出現的所 有位置覆蓋整個視野以準確標定內參；通過靶標相對于相機的位姿進行建立相機外參，此處 將靶標置于一初始水平面上建立世界坐標系，可得該平面在世界坐標系下表示為z_w＝0；

(2)光點獲取：

a.將單線結構光投射于z_w＝0平面，相機第一次拍攝光條圖像；

b.將原平面抬高至預定高度h并建立中間坐標系，相機第二次拍下投射于該平面的光條 圖像；