[发明专利]一种结构光视觉传感器及其快速标定方法

说明书

本发明公开了一种结构光视觉传感器及其快速标定方法，在两个平面上分别一次性提取光条中的光点，利用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法对得到的多个光点进行拟合，从而得到结构光光平面参数。该方法去除了需要额外引入精密测量仪器或需要在多个靶标位置下拟合直线求交点的步骤，将快速获得的多个光点均作为拟合点进行拟合，使得整个过程简便易行；本发明方法通过快捷地得到结构光光平面参数，在后续视觉测量过程中应用相机和激光器相对位置不变，即激光三角法对未知形貌特征的表面进行测量。利用主动视觉的方法在工业现场实现无接触无损测量，满足现场在线测量的需求。

技术领域

本发明属于机器视觉测量领域，具体涉及一种结构光视觉传感器及其快速标定方法。

背景技术

对于工业现场物体空间特征尺寸的检测，采用单目相机和线结构光结合形成视觉传感器 的方式，利用激光三角法测量原理，使得在单目相机只能得到平面二维坐标值的基础上，增 加了由结构光提供的深度信息。由于单线结构光受物体表面形貌的调制，相机获得的图像中 即可解算出光条点的x和y坐标值，z轴方向的坐标值即可以通过结构光平面的信息得到。

采用传统拉丝法或锯齿靶法需要引入标准坐标测量仪器或精密移动平台，且标准坐标测 量仪器瞄准的点与对亮点进行灰度提取得到的点一般不是同一点。采用光条与棋盘格靶标内 网格直线相交求得光点的方式需要进行多次直线拟合，即首先要对棋盘格角点进行提取，再 对提取的角点进行直线拟合，将光条拟合成直线，使由棋盘格角点拟合得到的多条直线和光 条直线相交求交点。基于交比不变原理获取光条点坐标也需要将提取的光条进行直线拟合再 与坐标已知的共线点组成的直线相交，从而求出光条点的坐标。以上方法均无法快速便捷地 获得多个非共线光点，因此需要提出一种新的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种结构光视觉传感器及其快速标定 方法，在两个平面上分别一次性提取光条中的光点，利用奇异值分解(singularvalue decomposition,SVD)方法对得到的多个光点进行拟合，从而得到结构光光平面参数。该方法 去除了需要额外引入精密测量仪器或需要在多个靶标位置下拟合直线求交点的步骤，将快速 获得的多个光点均作为拟合点进行拟合，使得整个过程简便易行；本发明方法通过快捷地得 到结构光光平面参数，在后续视觉测量过程中应用相机和激光器相对位置不变，即激光三角 法对未知形貌特征的表面进行测量。利用主动视觉的方法在工业现场实现无接触无损测量， 满足现场在线测量的需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种结构光视觉传感器，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。

进一步的，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°。

一种结构光视觉传感器的快速标定方法，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；