[发明专利]用于机器人无序分拣的3D相机及其测量方法

说明书

本发明涉及一种用于机器人无序分拣的3D相机及其测量方法,采用主动散斑投射技术，通过投射单元将设计的散斑图案投射到被测物体表面；然后，启动两个相机同步采集一次图像；最后，利用数字图像相关法对采集的图像进行匹配计算和三维解析，可实现被测表面三维点云的快速重建。每次测量仅需采集一次图像，图像处理更简单，大大提高测量速度。解决了传统结构光3D相机测量幅面小、解算速度慢的技术问题。投射单元投射幅面更大和亮度更强，能够满足物流分拣1.5m大视野的测量要求。

技术领域

本发明涉及三维视觉测量技术领域，具体涉及一种用于机器人无序分拣的3D相机及其测量方法。

背景技术

近年来，随着三维视觉技术的快速发展和图像采集设备的不断进步，3D相机技术被越来越多的应用于高端制造、汽车制造、机器人、智能无人系统(无人车、无人机)等领域，为工业制造提供数字化依据，为自动化、智能化提供视觉感知。

3D相机按照技术原理可分为条纹结构光、线扫激光以及红外成像等。目前，商业化3D相机中有60％以上均采用了结构光技术，一般采用投影仪(如DLP投影仪)向被测物体表面投射多幅(如多频四步相移14幅)光栅图案(格雷码、正弦条纹等)，并利用相机多次采集图像来计算三维点云数据，精度较高，但需要对多幅图像进行解算、速度较慢；同时，受投影仪亮度和镜头不能定制的限制，基于结构光技术的3D相机不能用于大幅面(＞1m)的测量。另外，基于线激光技术的3D相机主要用于小型工件的在线检测，且价格昂贵。而基于红外成像技术的3D相机由于精度低，多用于手机、游戏、生物识别等消费级领域。

发明内容

有鉴于此，本发明拟公开一种用于机器人无序分拣的3D相机及其测量方法，以解决传统结构光3D相机测量幅面小、解算速度慢的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

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。

进一步的，两个工业相机(1)与投射单元(2)位于大致一致的水平高度。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

根据测量幅面和距离，选型镜头或镜片和LED光源进行光路仿真后集成构建

一种测量方法，其特征在于采用上述的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。

进一步的，所述散斑图案生成方法如下：