[发明专利]对校准物体两相对侧成像的视觉系统的场校准系统和方法

说明书

本发明通过提供易于制造、易于分析的校准物体，其结合了可测量和可重复但不一定准确的3D特征——例如以平截头体形式的双侧校准物体/目标，其具有一对精确且可测量的特征，更特别地是由精确指定的厚度分开的平行面，以便提供多个相对面向的DS传感器的简单场校准。说明性地，可以构造复合校准物体，其包括已经喷砂和阳极氧化(以提供多个可测量的，可重复的特征)的双侧平截头体，其中突缘的上/下平行表面已经被研磨至精确指定厚度。双侧平截头体的3D角位置用于校准X和Y中的两个传感器，但是如果没有关于双侧平截头体厚度的准确信息则不能建立绝对Z；而突缘则提供绝对Z信息。

相关申请

本申请是于2015年11月9日提交的、标题为“SYSTEM AND METHOD FORCALIBRATING A PLURALITY OF 3D SENSORS WITH RESPECT TO A MOTION CONVEYANCE”、序列号为14/936,616的共同未决美国专利申请的部分继续申请，其全部内容通过引用并入此文。

技术领域

本申请涉及机器视觉系统，更具体地涉及用于校准视觉系统的系统和方法，所述视觉系统具有多个摄像机组件，所述摄像机组件定向成使用校准物体或“目标”从不同视点对场景成像。

背景技术

在制造和组装过程中，通常希望分析物体表面以确定特征和/或不规则性的性质。物体表面的位移(或“轮廓”)可以使用激光位移传感器(也称为激光束“轮廓仪”)形式的机器视觉系统(在此也称为“视觉系统”)来确定。激光位移传感器使用激光束的平面帘幕或“扇形”在横向于光束传播路径的特定平面处捕获并确定被扫描物体表面的(三维)轮廓。在传统的布置中，视觉系统摄像机组件定向成在平面外部观察光束的平面。该布置捕获在物体表面上(例如，沿物理x轴延伸)的投影线轮廓，由于光束(有时表征为“扇形”)平面和相机之间的基线(即，沿y轴的相对间距)，其使成像线在图像y轴方向上出现变化，作为成像点的物理z轴高度(沿图像x轴)的函数。该偏差代表表面的轮廓。激光位移传感器可用于各种检查和制造操作中，其中用户希望通过三角测量来测量和表征被扫描物体的表面细节。激光位移传感器的一种形式是使用具有透镜组件和图像传感器(或“成像器”)的视觉系统摄像机，其可以基于CCD或CMOS设计。成像器在图像平面上定义灰度或颜色感测像素的预定场，该图像平面通过透镜接收来自成像场景的聚焦光。

在典型的布置中，一个或多个位移传感器和/或物体(通常在物理y坐标方向上)处于相对运动中，使得物体表面被一个或多个传感器扫描，并且由激光线在期望的空间间隔上获取一系列图像，其中空间间隔通常与编码器或其他运动测量设备相关联(或者，基于时间间隔)。这些单个轮廓线中的每一条通常从所获取的单个图像导出。这些线共同描述成像物体的表面和周围成像的场景，并定义“距离图像(range image)”或“深度图像(depthimage)”。

本领域技术人员已知的其他摄像机组件也可用于捕获场景中物体的3D图像(距离图像)，例如立体相机、飞行时间相机、基于LIDAR的相机等。术语距离图像用于表征具有像素值的图像(多个数值的二维数组)，其中像素值表征每个位置的Z高度，或表征该位置没有高度。术语距离图像可替代地用于指代通用3D数据，例如3D点云数据或3D网格数据。术语距离和灰度图像用于表征具有像素值的图像，该像素值表征每个位置处的Z高度和相关灰度级，或者表征在该位置处没有高度，或者可替代地，距离和灰度图像可以由两幅相应的图像来表征——表征每个位置的Z高度，或表征该位置没有Z高度的一幅图像，以及表征每个位置的相关灰度级，或表征该位置没有灰度级的一幅图像。术语距离图像可替代地用于指代距离和灰度图像、或3D点云数据和相关联的灰度级数据，或3D网格数据和相关联的灰度级数据。例如，可以采用结构光系统、立体视觉系统、DLP计量和其他布置。这些系统都生成向像素提供高度值(例如z坐标)的图像。