[發(fā)明專利]基于激光十字標準線輔助的雙目視覺測距裝置及方法

在審

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• 申請日: 2021-05-03
• 公開（公告）號: CN113155084A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 呂若罡
• 申請（專利權）人: 呂若罡
• 主分類號: G01C3/02
• 分類號: G01C3/02;G01C11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.激光十字線輔助的雙目測距裝置。其特征在于，包括包括計算機1、激光控制器2、左相機3、激光發(fā)射器4、右相機6、機架5。

左相機3、右相機6及激光發(fā)射器4安裝在機架5上，激光發(fā)射器4安裝在左相機3和右相機6的中間位置，左相機3、右相機6及激光發(fā)射器4的中心線在同一平面。

所述激光發(fā)射器4可發(fā)射高精度標準十字線投影光，其亮度通過激光控制器2輸出功率控制，十字線寬可以調節(jié)，通過步進電機轉動激光發(fā)射器4的調焦鏡頭實現(xiàn)，當被測物體遠時，將十字線寬增大，當物體近時將線寬減小，保證十字成像精確可見；左、右相機通過usb線直接和計算機1連接，激光控制器2通過網線和計算機連接；計算機1通過相機驅動程序直接獲取左相機3及右相機6圖像；計算機1通過網線控制激光器4，實現(xiàn)激光輸出功率控制及激光發(fā)射器鏡頭調節(jié)步進電機的轉角控制。

2.根據(jù)權利1所述的激光十字線輔助的雙目測距裝置的測量方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1：將激光十字標準線輔助雙目視覺測量裝置安裝在三坐標測量機上；保證標定位移的高精度，定位精度可以達到0.1微米。

步驟2：對左右相機進行標定，獲得相機的內參數(shù)；控制三坐標測量機帶動測量裝置，相對工作臺上的棋盤格遠近上下左右前后各方位隨機定位20個位置，左右相機在定位位置拍攝圖片，獲取20張標定圖像，然后利用張定友標定法，獲取左右相機的內參數(shù)焦距、像素坐標和物理坐標的轉換系數(shù)、畸變系數(shù)；

步驟3：在三坐標測量機工作臺面放置一標準陶瓷板，平面度達到00級，保證激光線成像好且不產生高亮反光。

步驟4：三坐標在z方向移動定位20個位置，由鏡頭距陶瓷標準板距離50mm開始，每次增加15mm進行定位，左右相機均拍攝兩張圖片，一張為開啟激光器有十字線的圖像，另一張為未開啟激光器的沒有十字線的圖像；

步驟5：對圖像集進行圖像處理獲取十字交叉點相機坐標值；左右相機在同一位置有獲取的開激光線和未開激光線兩張圖片，進行差分運算，獲得十字線圖像；使用保形快速形態(tài)細化求十字線的交點，獲得像素坐標值，進而利用相機內參轉化為相機坐標；

步驟6：建立圖2所示系統(tǒng)標定坐標系，以左相機坐標系為基準坐標系；在左相機坐標系中，設定三坐標移動向量為Z_M(x_M,y_M,z_M)，右相機原點坐標Ocr(x_ocr,y_ocr,z_ocr)，右相機X軸向量Xcr(x_crx,y_crx,z_crx)，右相機Y軸向量Ycr(x_cry,y_cry,z_cry),右相機Z軸向量為Xcr叉乘Ycr：

左相機移動Li,十字中心點在左相機成像坐標變化為：

待求的變量有：x_ml、y_ml、z_ml,、x_wl、y_wl、z_wl六個，這里采用最小二乘法，用20個標定位置的數(shù)據(jù)求取,即下列平方和最小。

上式分別對上x_ml、y_ml、z_ml,、x_wl、y_wl、z_wl求偏導得線性方程組，則可求出六個參數(shù)。

同理可求出右相機的六個參數(shù)：x_mr、y_mr、z_mlr、x_wr、y_wr、z_wr

同一個m點在兩個坐標系的差即得到右相機原點在左相機坐標系的值：

將右相機坐標轉換至左相機坐標，測量十字中心點坐標：

測量機移動向量：

聯(lián)列上述2式得6元一次線性方程組，解方程則得到變量：(x_crx,y_crx,z_crx)及(x_cry,y_cry,z_cry)，完成標定。

步驟7：測距，求任一位置時，十字投影線中心的坐標值(在左相機坐標系的值)；

任一位置點，對左右相機獲取的圖像處理，可得到十字線中心點的相機坐標，左相機坐標(u_ml,v_ml,F),右相機坐標(u_mr,v_mr,F),將右相機向量轉換至左相機：

設交點m距離右相機原點為t,則坐標點為：

一維搜索t，當下列向量叉乘的模為零時，得到問題的解t_m。

將t_m代入式(7)則可得到十字激光投影中心坐標值及距離。