[发明专利]用于机器人无序分拣的3D相机及其测量方法

权利要求书

1.一种用于机器人无序分拣的3D相机，其特征在于由两个工业相机（1）和投射单元（2）组成；两个工业相机（1）位于投射单元（2）的两侧，且投射单元（2）的投射范围在两个工业相机（1）各自的图像采集范围之内。

2.根据权利要求1所述的用于机器人无序分拣的3D相机，其特征在于：两个工业相机（1）与投射单元（2）位于大致一致的水平高度。

3.根据权利要求1所述的用于机器人无序分拣的3D相机，其特征在于：所述投射单元（2）中包含散斑投射单元，所述散斑投射单元用于将散斑图案投射到被测物体表面，形成投射亮度均匀、高对比度的散斑图案，两个工业相机（1）用于同步采集被测物体图像。

4.根据权利要求1所述的用于机器人无序分拣的3D相机，其特征在于：所述散斑投射单元主体包括高亮LED光源、散斑玻片以及用于光线传播的透镜单元，透镜单元包括多个先扩散再汇聚的镜片，带有散斑图案的散斑玻片设置在多个镜片之间。

5.根据权利要求1所述的用于机器人无序分拣的3D相机，其特征在于：所述散斑图案利用计算机绘制矢量化随机制成，经光刻在透光玻璃片上形成散斑玻片。

6.一种测量方法，其特征在于采用上述权利要求1-6任一项所述的3D相机，具体包括如下步骤：

第一步，利用标定靶通过自标定方法标定3D相机的内、外参数，相机的内参数包括镜头焦距、主点坐标及镜头的畸变量等，相机的外参数为世界坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；

第二步，采用主动散斑投射技术，通过投射单元（2）将预设的散斑图案投射到被测物体表面；

第三步，启动相机采集散斑图像，两个工业相机（1）各自采集一幅散斑图像；

第四步，利用数字图像相关法对各两个工业相机（1）采集的散斑图像进行匹配计算和三维解析，实现被测表面三维点云的快速重建。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述散斑图案生成方法如下：

（1）灰度图像生成；（2）图像二值化：对生成的灰度图像进行二值化处理，图像中灰度值大于128的像素点灰度值置为255，其余像素点灰度值置为0，即可得到黑白两色的二值化图像；（3）矢量化：对二值化图像进行逐行扫描，将所有连同的白色区域连接为矩形单元，最终整幅矢量图由图像高度层微小矩形堆积而成随机矢量化散斑图。

8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于第二步中，高亮LED光源发射的光线通过一个准直透镜将高度平行的光进行扩束，然后通过一个聚焦透镜将扩束光聚焦，并穿过光刻有散斑图案的散斑玻片聚焦到镜头焦距的焦点位置，使投射的散斑图案保持亮度均匀和较高清晰度。

9.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于第四步中，基于数字图像相关法，采用去边缘化、三角网格划分、种子点计算、种子点扩散和立体重建技术，实现利用双目单幅散斑图像，快速解算被测件三维形貌点云。