[发明专利]基于激光十字标准线辅助的双目视觉测距装置及方法

说明书

本发明公开了激光十字标准线辅助的双目视觉测距装置及方法，涉及计算机视觉及测距计算领域。本发明采用变宽度、变功率的十字激光线，可以根据测量物体的远近进行调节，保证十字成像清晰度；应用保形快速形态细化方法，保证所求十字线交点为中心单像素，确保双目相机测量特征点准确对应，进而提高了测量精度。应用高精度三坐标测量机进行左右相机坐标系的标定，通过给定移动距离的不同位置十字中心相机坐标值，应用最小二乘参数估计，实现左右相机坐标关系的标定。在测量时，利用空间矢量三角形原理，将直线参数化，利用一维优化搜索求测量点位置坐标。相比普通双目测距，特征点准确无误，测量精度高，远距离高精度测量有明显优势。

技术领域

本发明属机器视觉测距技术领域，提出一种基于激光十字线双目测距方法，本发明主要应用于高精度非接触测量领域

背景技术

视觉测距相比与其他测距方法具有成本低、适用范围广的优势，具有非常好的发展前景。目前双目视觉测距，基于特征点匹配和小孔成像原理，获取对应特征点的视差，应用三角形原理求取距离。受特征点识别精度以及相机成像的非线性的影响，测量的精度和可靠性都不尽人意。

发明内容

本发明的目的在于克服双目视觉特征点提取的困难，增加可变线宽的激光十字投影线，以十字交叉点为特征点进行测量计算；对于相机成像的非线性特征进行实验测量和标定；由此可大大提高双目测距的精度和适用范围。为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：激光十字线辅助双目测距装置，包括计算机1、激光控制器2、左相机3、激光发射器4、右相机6、机架5。

左右相机及激光发射器安装在机架上，激光发射器安装在左右相机中间，左右相机及发射器的中心线在同一平面。

激光发射器可发射高精度标准十字线投影光，其亮度通过激光控制器输出功率控制，十字线宽可以调节，通过步进电机转动激光发射器镜头实现；左、右相机通过usb线直接和计算机连接，激光控制器通过网线和计算机连接；计算机通过相机驱动程序直接获取相机图像；计算机通过网线控制激光器，实现激光输出功率控制及激光发射器镜头调节步进电机的转角控制。

技术方案包括以下步骤：

步骤1：将测量装置安装在三坐标测量机上；

步骤2：对左右相机进行标定，获得相机的内参数；

步骤3：在三坐标测量机工作台面放置一标准陶瓷块，保证激光线成像好且不产生高亮反光。

步骤4：三坐标在z方向移动定位10个位置，在每个位置，左右相机均拍摄两张图片，一张为开启激光器有十字线的图像，另一张为未开启激光器的没有十字线的图像；

步骤5：对图像集进行图像处理获取十字交叉点相机坐标值；

步骤6：建立图2所示系统标定坐标系，以左相机坐标系为基准坐标系；在左相机坐标系中，设定三坐标移动向量为Z_M(x_M,y_M,z_M)，右相机原点坐标Ocr(x_ocr,y_ocr,z_ocr)，右相机X轴向量Xcr(x_crx,y_crx,z_crx)，右相机Y轴向量Ycr(x_cry,y_cry,z_cry),右相机Z轴向量为Xcr叉乘Ycr：

左相机移动Li,十字中心点在左相机成像坐标变化为：

待求的变量有：x_ml、y_ml、z_ml,、x_wl、y_wl、z_wl六个，这里采用最小二乘法，用20个标定位置的数据求取,即下列平方和最小。