[发明专利]一种结构光3D视觉快速自动标定装置及方法

权利要求书

1.一种结构光3D视觉快速自动标定方法，其特征在于：结构包括3D相机、激光结构光、固定平台、第一伺服电机(4)、第一编码器(5)、水平平移滑台、第二伺服电机(12)、第二编码器(13)、竖直平移滑台、栅格标定块；

所述栅格标定块由在长度方向上按照多个规则的形状大小相同的V字型凹槽、多个规则的等腰梯形凹槽、规则的形状大小相同的长方体平面顺序并排且周期排列组成；

多个规则的形状大小相同的长方体长条在宽度方向上并排的设置在长方形平面上；

将3D相机、激光结构光安装在固定平台上，将第一伺服电机(4)、第一编码器(5)、水平平移滑台安装并固定，最后将栅格标定块安装在水平平移滑台上，开始启动，标定装置自运行，水平平移滑台每移动一个位置，第一编码器(5)将该位置的值记录并传给计算机，同时相机采集一张栅格标定块图像，共采集N幅图像；计算深度方向Z：计算机读取图像，对平面标定区的每一列像素求和再求平均，再对缺失的数据做邻插补；将数据存于表格中；每一列表示平面区在深度方向的像素值，每一行表示深度方向即相机视场范围的距离，通过表格将实际距离与图像素值建立对应关系；对深度范围内的每个位置下的平面标定区的图像进行图像处理，并将计算结果放在表格中，利用线性插值的方法将设定精度下的值求出，存于表格；计算宽度方向Y：对图像中缺失数据做邻插补；每一列像素求和再求平均；平滑滤波，去掉噪声；找到编码区域的上、下边界；以下边界为基准计算图像中规则图形的数量；对标定块中图形的实际位置与图像上的位置做匹配；通过第一编码器(5)反馈的标定块基准位置、图像上规则图形匹配结果、编码区的编码值做加减计算；对缺失的数据做邻插补；将以上步骤对每一幅图像都做一遍，做完以后存放表格中；对视场范围内每个位置的栅格标定块的宽度方向进行处理，利用线性插值的方法将视场范围下设定精度下宽度方向的值求出，存于表格；实现了深度方向Z，宽度方向Y的自动标定计算。

2.一种结构光3D视觉快速自动标定方法，其特征在于：

将3D相机、激光结构光安装在固定平台上，将第一伺服电机(4)、第一编码器(5)、水平平移滑台安装并固定，第二伺服电机(12)、第二编码器(13)、异形标定块安装在竖直平移滑台上，最后将竖直平移滑台安装在水平平移滑台上，所述异形标定块由平面标定区和异形标定区组成，其特征在于：异形标定区由形状大小已知的V字型凹槽、等腰梯形凹槽组成；平面标定区由一块完整的规则的长方形平面构成；

开始启动，标定装置自运行，水平平移滑台每移动一个位置，第一编码器(5)将该位置的值记录并传给计算机，竖直平移台向上平移N个不同位置，第二编码器(13)将该位置的值记录并传给计算机，相机自动连续采像N张异形标定块图像；计算深度方向Z：计算机读取图像，对平面标定区的每一列像素求和再求平均，再对缺失的数据做邻插补；将以上步骤对每一幅图像都做一遍，做完以后将数据存表格中；每一列表示平面区在深度方向的像素值，每一行表示深度方向的距离，通过表格将实际距离与图像像素值建立对应关系；对视场范围内的每个位置下，向上移动过程中采集的N张图像中的平面标定区进行处理，利用线性插值的方法将设定精度下的值求出，存于表格；计算宽度方向Y：对图像中缺失数据做邻插补；每一列像素求和再求平均；平滑滤波，去掉噪声；找到编码区域的上、下边界；以下边界为基准计算图像中规则图形的数量；对标定块中图形的实际位置与图像上的位置做匹配；通过编码器反馈的标定块基准位置和图像上规则图形匹配结果、编码区的编码值做加减计算；对缺失的数据做邻插补；将以上步骤对每N幅图像都做一遍，做完以后存放于表格中；对宽度范围内的每个位置下的异形标定块的图像进行图像处理，利用线性插值的方法将设定精度下的值求出，存于表格；实现了深度方向Z，宽度方向Y的自动标定计算。

3.一种结构光3D视觉快速自动标定方法，其特征在于：将3D相机、激光结构光安装在固定平台上，将第一伺服电机(4)、第一编码器(5)、水平平移滑台安装并固定，第二伺服电机(12)、第二编码器(13)、圆形标识标定块安装在竖直平移滑台上，所述圆形标识标定块由已知直径的规则排布的圆形组成；

最后将竖直平移滑台安装在水平平移滑台上，开始启动，标定装置自运行，水平平移滑台每移动一个位置，第一编码器(5)将该位置的值记录并传给计算机，相机采集一张圆形标定块图像；其中3D相机、激光结构光、圆形标识标定块构成三角模型，其模型数学模型公式：

C＝D₀*cos(β) (5)

E＝D-C (6)

Z＝Z₀+Z₁ (8)

将公式(2)至(7)代入(8)得到：

其中：

α为光轴仰角；

β为激光夹角即待测点与相机光心的连线与光轴的夹角；；

L为激光线高度；

F为焦距；

A为相机光轴在基准平面上面的投影长；

D为光线长度即待测平面上待测点与光心的连线长；；

D0为基准光线长度即光心在在光轴仰角α下与基准平面基准点的连线与长；；

C为D0在D上的投影长；

Z0为基准深度即光心到基准平面的距离；；

Z为相机光心到待测平面的距离或激光到待测平面的距离；

圆形标识在图像中成椭圆形，对图像进行平滑滤波，去掉噪声，通过canny算子求出图像中椭圆边界，求最大外接矩形，计算椭圆的长半轴a、短半轴b，从而通过α＝cos^-1b/a 计算出α；利用公式X/H＝F/L₁、X+L₀/F＝F/L₂，将H和F计算出，其中利用hough变换找到标定块的边界，求取边界直线的交点，获取同一交点移动X距离后在图像中的位置，通过欧式公式求取L₁、L₂，其中L₀、X的位置通过第一编码器(5)反馈得到，从而计算出F和H；同样地，可得到L的值、Z₀的位置通过第一编码器(5)反馈得到；最后将α、F、Z₀、L的值带入公式(9),计算出深度方向Z的值。