[發明專利]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

• 申請號: 202110486657.3
• 申請日: 2021-05-03
• 公開（公告）號: CN113155084A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（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

本發明公開了激光十字標準線輔助的雙目視覺測距裝置及方法，涉及計算機視覺及測距計算領域。本發明采用變寬度、變功率的十字激光線，可以根據測量物體的遠近進行調節，保證十字成像清晰度；應用保形快速形態細化方法，保證所求十字線交點為中心單像素，確保雙目相機測量特征點準確對應，進而提高了測量精度。應用高精度三坐標測量機進行左右相機坐標系的標定，通過給定移動距離的不同位置十字中心相機坐標值，應用最小二乘參數估計，實現左右相機坐標關系的標定。在測量時，利用空間矢量三角形原理，將直線參數化，利用一維優化搜索求測量點位置坐標。相比普通雙目測距，特征點準確無誤，測量精度高，遠距離高精度測量有明顯優勢。

技術領域

本發明屬機器視覺測距技術領域，提出一種基于激光十字線雙目測距方法，本發明主要應用于高精度非接觸測量領域

背景技術

視覺測距相比與其他測距方法具有成本低、適用范圍廣的優勢，具有非常好的發展前景。目前雙目視覺測距，基于特征點匹配和小孔成像原理，獲取對應特征點的視差，應用三角形原理求取距離。受特征點識別精度以及相機成像的非線性的影響，測量的精度和可靠性都不盡人意。

發明內容

本發明的目的在于克服雙目視覺特征點提取的困難，增加可變線寬的激光十字投影線，以十字交叉點為特征點進行測量計算；對于相機成像的非線性特征進行實驗測量和標定；由此可大大提高雙目測距的精度和適用范圍。為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：激光十字線輔助雙目測距裝置，包括計算機1、激光控制器2、左相機3、激光發射器4、右相機6、機架5。

左右相機及激光發射器安裝在機架上，激光發射器安裝在左右相機中間，左右相機及發射器的中心線在同一平面。

激光發射器可發射高精度標準十字線投影光，其亮度通過激光控制器輸出功率控制，十字線寬可以調節，通過步進電機轉動激光發射器鏡頭實現；左、右相機通過usb線直接和計算機連接，激光控制器通過網線和計算機連接；計算機通過相機驅動程序直接獲取相機圖像；計算機通過網線控制激光器，實現激光輸出功率控制及激光發射器鏡頭調節步進電機的轉角控制。

技術方案包括以下步驟：

步驟1：將測量裝置安裝在三坐標測量機上；

步驟2：對左右相機進行標定，獲得相機的內參數；

步驟3：在三坐標測量機工作臺面放置一標準陶瓷塊，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10個位置，在每個位置，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；

步驟6：建立圖2所示系統標定坐標系，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個標定位置的數據求取,即下列平方和最小。