[发明专利]一种结构光视觉传感器及其快速标定方法

权利要求书

1.一种结构光视觉传感器，其特征在于，包括固定支架、结构光激光器和相机，所述固定支架的一端通过激光器基座设置有所述结构光激光器，固定支架的另一端通过相机基座垂直于水平面固定有所述相机，所述结构光激光器和相机间的距离及角度可调，相机镜头可拍摄到结构光激光器射出的光线。

2.根据权利要求1所述一种结构光视觉传感器，其特征在于，所述结构光激光器的光轴与所述相机的光轴之间的夹角为25°-30°。

3.一种结构光视觉传感器的快速标定方法，基于权利要求1所述结构光视觉传感器，其特征在于，包括以下步骤：

(1)标定相机内外参数:利用张氏标定法，采集变化方位的靶标图像，使靶标出现的所有位置覆盖整个视野以准确标定内参；通过靶标相对于相机的位姿进行建立相机外参，此处将靶标置于一初始水平面上建立世界坐标系，可得该平面在世界坐标系下表示为z_w＝0；

(2)光点获取：

a.将单线结构光投射于z_w＝0平面，相机第一次拍摄光条图像；

b.将原平面抬高至预定高度h并建立中间坐标系，相机第二次拍下投射于该平面的光条图像；

c.分别利用已经标定完成的相机内外参数计算得到两次提取到光条点的x_w和y_w坐标值，将第一次拍摄图像得到的光条点的坐标z_w值定为0，将第二次拍摄图像得到的光条点的坐标z_w值定为上述已预定高度h，则得到了两组位于不同高度点的空间三维坐标值；

(3)进行多点测量以拟合结构光光平面并使误差减小：利用两次采集到的所有光条中心点进行空间平面拟合，以减小误差，采用点法式表示一个空间平面，点由提取到的两组空间点的平均值得到，法向量由奇异值分解(SVD)方法得到。

4.根据权利要求3所述一种结构光视觉传感器的快速标定方法，其特征在于，步骤(1)中标定相机内外参数包括以下步骤：选用靶标为7×7陶瓷圆点阵列靶标，有效面积30mm×30mm，直线及圆点直径加工精度为1μm；根据张氏标定法对相机进行内外参数标定，选取不同位置与方向摆放靶标，分别用相机采集图像，通过计算得到相机的内部参数；通过靶标相对于相机的位姿建立相机外参，将靶标放置于水平面上建立世界坐标系，建立的世界坐标系中z_w＝0平面即位于该水平面上。

5.根据权利要求3所述一种结构光视觉传感器的快速标定方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中，对于光条中光点的提取，首先利用阈值法确定光条部分，其次利用灰度重心法得到光条中心点像素坐标(u,v)：

其中i＝0,1,2,...,m；j＝0,1,2,...,n；x_i和y_j分别为像素点行、列坐标；f(x_i,y_j)为像素点的灰度值；因相机内外参数已知，通过以下关系推导由光点的图像坐标到世界坐标系下的坐标x_w和y_w：

其中u和v为上述得到的光点的像素坐标，M为由相机的内外参数组成的投影矩阵，X_W＝(x_w,y_w,z_w)为对应点的世界坐标，将计算得到的两组点的z_w值分别设为0和h，即得到了完整的两组点的空间坐标值，对得到的空间点进行奇异值分解(SVD)，确定空间平面的法向量从而拟合结构光平面。

6.根据权利要求3所述一种结构光视觉传感器的快速标定方法，其特征在于，所述预定高度h在相机镜头的最大景深范围内。