[实用新型]一种基于机械运动的线结构光传感器的标定装置

说明书

技术领域

本实用新型属于测量技术领域，涉及对结构光参数标定方法的改进。

背景技术

结构光视觉检测方法具有大量程、非接触、大视场和系统柔性好等优点，近年在工业环境尤其是焊接领域得到广泛的应用。对结构光参数的标定主要利用摄像机的内部参数以及其他辅助工具确定光平面在摄像机坐标系下的平面方程。线结构光标定的目的使由二维图像坐标重构三维世界坐标，实现三维测量。

关于结构光传感器的标定目前有以下几种方法：一是锯齿靶标。因锯齿反光，故此方法提取的像点的精度差，而且需要外部设备来严格调整光平面与某一基准面相垂直，不适合现场标定；二是机械调整法。但是此方法人为调节环节多，精度不高。三是细丝散射法，但是此方法精度不高而且标定过程较为复杂，四是基于自由移动的平面靶标法，此方法较为常用。还有一些不需要任何靶标的方法，在一定程度节约了成本。

CN03142658.1公开了“一种基于平面标靶的结构光视觉传感器标定方法”，该方法主要是采用可自由移动的分布有黑色方块的二维平面标靶对结构光视觉传感器进行标定，标定过程中以黑色方块的顶点作为特征点，通过利用特征点的图像坐标系与世界坐标系之间的变换来完成对摄像机内部参数的标定，该方法涉及到大规模矩阵变换，计算推导复杂，需要高精度二维平面标靶，标靶加工难度大，且存在相互遮挡的问题。

CN200710121397.X披露了“一种结构光视觉传感器结构参数标定方法”，该方法主要借助有多个非线性特征点的平面标靶，通过多次移动平面标靶的位置，获取每次移动后标靶图像上四个或更多个非线性特征点坐标，并变换到摄像机坐标系下进而拟合出高次三元结构光方程。该方法标定过程步骤繁琐会影响精度，且坐标变换与拟合过程复杂。

CN200910089307.2报道了“基于一维标靶的结构光视觉传感器标定方法”，该方法利用一维标靶的具有已知空间约束的至少三个特征点，结合透视投影方程，根据特征点的长度约束及方向约束计算特征点的摄像机系坐标并进行拟合得到光平面方程。该方法需要求解具有约束的非线性方程，引入了非线性优化，方法较繁，速度慢，对初值选择和噪声比较敏感，而且不能保证参数收敛到全局最优。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：仅通过控制视觉传感器(包括摄像机、激光器、镜头等)做两次竖直方向的运动即可完成光平面的标定，是一种基于机械运动的线结构参数的的标定方法。标定过程操作简单，并且不涉及到大规模矩阵变换，计算量较小，不存在标靶的遮挡问题，也不存在求解有约束的非线性方程中出现的不收敛到全局最优解的难题，适合各种带编码器的机械运动平台，如机械臂以及龙门架构机器人等。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于机械运动的线结构光传感器的标定方法，执行所述方法的装置包括摄像机、激光器、标定平面及运动机构，其特征是所述摄像机与激光器安装于运动机构的运动末端且指向标定平面，所述运动末端可以在垂直于标定平面方向上下移动，摄像机与激光器可以在垂直于标定平面的方向上同步运动，所述方法包括以下步骤

步骤1)以标定平面作为地面的世界坐标系的z轴为竖直方向，利用张正友棋盘格标定得到摄像机内部参数A以及第一张棋盘格的外部参数，并利用该外部参数得到摄像机坐标系的z轴与竖直方向上的夹角α；

步骤2)计算相邻激光条纹上相应点之间的距离以及对应的像点坐标，包括

2)-I，固定在运动机构的运动末端的激光器向标定平面射出激光并在标定平面上形成激光条纹l₁，此时对于激光条纹l₁上的一点O₁在摄像机图像中所成的对应图像点为P₁；

2)-II，控制运动机构的运动末端沿竖直方向向下或向上移动h₁的距离，此时激光在标定平面上形成的激光条纹l₂上的O₂点在摄像机图像中所成的对应图像点为P₂，

2)-III，控制运动机构的运动末端再次沿竖直方向向下或向上移动h₂的距离，此时激光在标定平面上形成的激光条纹l₃上的O₃点对应的图像点为P₃，所述P1、P2、P3在摄像机图像上共线。

步骤3)，求解结构光平面的法向量，

采用步骤1)得到摄像机的内部参数A与步骤2)中得到的图像点P_i,(i＝1,2,3)，并根据摄像机线性模型得到与结构光平面平行的平面S的法向量。