[发明专利]一种目标空间坐标的柔性立体视觉测量装置

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉测量领域，是一种大尺度立体视觉测量系统。该装置可广泛应用于工业中的工件检测、场景的深度感知、物体三维扫描和反向工程等领域。

背景技术

计算机视觉是用计算机实现人的视觉功能——对客观世界的三维场景的感知、识别和理解。机器视觉是建立在计算机视觉理论基础上，偏重于计算机视觉技术的工程化。随着电子、计算机和信号处理等相关技术的发展，机器视觉得到了迅速发展，并且由于其具有非接触、实时性好、可视化好、自动化和智能性高等优点，在经济建设、科学研究和国防建设等重大领域得到广泛地应用。

目前，立体视觉测量的方式主要有固定式双目视觉测量、浮动式测量和旋转式柔性双目测量。双目视觉测量是利用两个已知内参数CCD相机从不同角度同时拍摄物体，再用这两幅图像重构被测物体。

固定式双目测量是指先利用场景中若干已知空间坐标的控制点标好CCD相机的外参数，然后利用被测物体的像面信息来重构被测物体。若要改变视场，就必须整体移动固定式双目测量系统，在移动过程中很难保证左右CCD相机的相对位置固定不变，这就会影响到该系统的测量精度。因此，这种测量方法比较繁琐，而且对测量环境有较高的要求。

浮动式测量可以分为浮动式单目测量、浮动式双目测量和浮动式多目测量。浮动式测量可以利用场景中的若干已知空间坐标的控制点来标定CCD相机的外参数。但是，如果要扩大或改变视场就必须重新利用场景冲的控制点来标定CCD相机的外参数，这就给测量带来了许多额外的环节，使得测量的效率并不高。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明针对大范围内坐标测量的需求，提出了一种目标空间坐标的柔性立体视觉测量装置及方法。

实现上述目的的技术解决方案如下：

一种目标空间坐标的柔性立体视觉测量装置该装置包括两台视觉测量部件和数控转台4、机架5、网络数据线6以及计算机7；

所述视觉测量部件和数控转台4分别通过网络数据线6与计算机7连接，视觉测量部件输出被测物体的二维图像信息；数控转台4输出空间姿态信息；

视觉测量部件包括面阵CCD相机3和工业定焦镜头2，面阵CCD相机3安装在数控转台4；

所述数控转台4是用于支撑视觉测量部件，并控制视觉测量部件运动，使视觉测量部件根据被测物体1的空间姿态转动各个不同工位，获取数控转台4空间姿态信息；

所述计算机7用于接收、存储视觉测量部件获取的被测物体1图像信息和数控转台4空间姿态信息；并将被测物体1图像信息和数控转台4空间姿态信息融合处理，重构被测物体1的空间坐标。

所述数控转台是三维旋转工作台，具有6个自由度，用于支撑视觉测量部件，并控制视觉测量部件运动，使视觉测量部件根据被测物体的空间姿态转动各个不同工位，获取数控转台空间姿态信息；两台数控转台之间的距离为0.8米～500米，视觉测量部件距离被测物体之间的距离为0.9米～200米。

所述面阵CCD相机3的有效像素范围为1000像素×1000像素～4096像素×4096像素，工业定焦镜头2的选用焦距范围为16毫米～1000毫米。

一种使用目标空间坐标的柔性立体视觉测量装置的测量方法包括整个测量系统的标定操作和实际测量操作两部分。

整个测量系统的标定操作步骤如下：

标定步骤1：启动设备并进行初始化，使设备进入稳定运行阶段；

标定步骤2：把九个以上已知空间坐标的控制点放置在被测物体1空间内，使控制点均匀地分布在两台视觉测量部件的视场中；两台视觉测量部件的视场对准被测物体1的同一区域；

标定步骤3：分别调整两台视觉测量部件的工业定焦镜头2，通过计算机7控制视觉测量部件拍摄被测物体1上的控制点；视觉测量部件获取控制点的二维图像信息通过网络数据线6转送到计算机7终端进行图像处理；

标定步骤4：利用计算机视觉方法标定视觉测量部件的内参数；所述视觉测量部件的内参数，是由视觉测量部件获取被测物体1空间内的控制点的二维图像信息，来标定视觉测量部件的内参数；

标定步骤5：计算机7驱动数控转台4，使视觉测量部件随数控转台4作运动，视觉测量部件从三个不同姿态拍摄被测物体1空间内的控制点，并且记下数控转台4在每一个工位的空间姿态；

标定步骤6：视觉测量部件获得的二维图像信息和数控转台4的空间姿态信息一起通过网络数据线6传送到计算机7；

标定步骤7：利用机器人手眼标定的方法计算数控转台4坐标系与视觉测量部件坐标系之间的空间变换矩阵RT_x；