[发明专利]视觉传感器现场标定装置和标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种标定装置和标定方法，尤其是在利用线结构光视觉传感器进行轮廓线测量时，对线结构视觉传感器进行现场标定的装置和标定方法。

背景技术

物体的轮廓测量技术在质量控制、工业检测、反求工程、CAD/CAE以及医疗诊断等领域的应用日益重要。随着计算机技术、光学和光电子技术的快速发展，各种光学的轮廓测量方法得到了广泛的应用。基于线结构光视觉传感器的轮廓测量方法就是其中重要的一种。它是用一字线结构光投射器照射被测物体，在物体表面形成一条亮的光带，用CCD摄像机获取光带图像，并对图像进行处理和分析，进而通过线结构光成像模型得到被测物体表面的几何尺寸及轮廓特征。在线结构光视觉传感器的轮廓测量中，线结构光视觉传感器的标定是实现测量准确性和稳定性的关键。

目前，针对线结构光的视觉测量模型，提出了许多线结构光传感器的标定方法。主要有拉丝标定法，锯齿靶法，利用交比不变性原理获取光平面标定点的标定方法。这3种标定方法都需要精密的标定辅助设备，标定过程繁琐，且不适合现场标定。针对这一问题有人提出了基于平面参照物的标定方法，简化了标定设备，适合现场标定，但每次标定时需多次改变激光光条与平面标定参照物的位置，标定过程相对繁琐，并且都需要在参照物上建立三维局部世界坐标系，参照物每移动到一个位置，都要计算这个位置下局部世界坐标系到世界(摄像机)坐标系的转换矩阵，增加了标定的复杂度。后来，为了简化标定程序，先后有人提出了利用一维靶标上距离已知的特征点之间的距离约束，实现线结构光视觉传感器的结构参数标定的新方法，因为该方法需要将多个一维靶标固定位置摆放，在现场实现比较复杂，并且标定点获取的个数和精度受到限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种视觉传感器现场标定装置，该装置由第一结构传感器1、第二结构传感器2和标定靶标3三部分组成。

标定靶标3置于测量现场的测量工位，第一结构传感器1置于标定靶标3的左下方，第二结构传感器2置于标定靶标3的右上方。标定靶标3的主体结构为一个扁平的方框靶体3-1，在方框靶体3-1的四个长方形表面的长轴上面按要求布置若干个靶标圆点3-2，所有的靶标圆点3-2形成一个测量平面。标定靶标3的主体部分方框靶体3-1由相互垂直的四个刚性平面和两个相互平行的正方形平面构成，所有靶标圆点的中心在同一个平面内且与方框靶体3-1的底面垂直。第一结构传感器1由第一摄像机1-1和第一激光器1-2组成。第一激光器1-2激光光条所在平面与标定靶标3的左表面和下表面上所有靶标圆点所在平面一致。第一摄像机1-1保证靶标的左表面和下表面上的靶标圆点在其内成全像，并且成像角度为钝角型。第二结构传感器2由第二摄像机2-1和第二激光器2-2组成。第二激光器2-2投射到标定靶标3的上表面和右表面。第二摄像机2-1采集上表面和右表面的靶标圆点图像。

根据本发明的视觉传感器现场标定装置进行定位的方法，调整第一摄像机1-1和第二摄像机2-1，使所有靶标圆点3-2在其视野内按特定角度呈全像。在第一摄像机1-1中所成的图像是以下表面和左表面所成直角为中心所有靶标圆点的靶标图像。在第二摄像机2-1中所成的图像是以上表面和右表面所成直角为中心的所有靶标圆点的靶标图像。经图像预处理并提取靶标特征圆点的中心坐标。提取的点数据作为各自对应的摄像机标定所需的标定点，以标定靶标中心为原点建立世界坐标系，便已知每组靶标特征圆点中心的空间坐标。通过标定靶标可获得的非共线对应点，利用最小二乘拟合法解线性非齐次超定方程组计算出系统参数。选用截面近似为正方形的被测试验件，根据光条图像坐标而计算拟合出的被测轮廓。

    采用本发明的装置结构简单，容易操作，标定点获取准确，因此数学模型也得到简化，适合现场标定。

附图说明

图1是本发明的视觉传感器现场标定装置结构示意图；

图2是本发明的视觉传感器现场标定装置的标定靶标示意图；

图3-5是本发明的视觉传感器现场标定装置摄像机拍摄角度图，其中如图5适于本发明；

图6是本发明的视觉传感器现场标定装置的线结构视觉测量模型；

图7-8是本发明的视觉传感器现场标定装置图像预处理后的标靶圆点图像；

图9是本发明的视觉传感器现场标定装置根据光条图像坐标而计算拟合出的被测轮廓。

具体实施例

结合附图说明本发明的结构和操作。

一种视觉传感器现场标定装置，该装置由第一结构传感器1、第二结构传感器2和标定靶标3三部分组成。