[发明专利]一种标靶装置、基于双目视觉测量的位姿检测系统及方法

权利要求书

1.一种标靶装置，其特征在于，包括：靶体和多个靶球；

所述靶体为两个端面、一个或多个侧面的立体结构；

所述靶体的端面、侧面分别设有靶球安装孔，通过所述靶球安装孔安装各所述靶球；

所述靶体侧面的所有所述靶球由近至远顺时针依次靠近所述靶体的其中一个端面，并且所述靶体侧面除距离端面最近和最远的靶球间距外，相邻所述靶球之间的间距相等。

2.如权利要求1所述的标靶装置，其特征在于，所述靶体的另一个端面设有多个法兰安装孔，用于连接机械臂或机器人末端。

3.如权利要求2所述的标靶装置，其特征在于，所述法兰安装孔均匀分布在同一同心圆与端面中线的交点处，围绕同端面的所述靶球安装孔。

4.如权利要求1所述的标靶装置，其特征在于，所述靶球包括杆体和球体，所述杆体和球体一体连接。

5.如权利要求1所述的标靶装置，其特征在于，所述靶球采用哑光靶球。

6.如权利要求5所述的标靶装置，其特征在于，所述靶球的圆度为0.5um。

7.如权利要求1所述的标靶装置，其特征在于，所述靶体为长方体结构，所述靶球安装孔分别设于所述靶球端面的中心位置以及靶球侧面垂直于端面的中心线上。

8.一种基于双目视觉测量的位姿检测系统，其特征在于，包括终端设备、双目相机、以及如权利要求1-7任意一项所述的标靶装置；

所述标靶装置包括靶球和靶体；所述靶球分别设有不同编号，根据编号将所述靶球分别安装于所述靶体端面、侧面的对应位置；

所述靶体可拆卸式安装于机械臂或机器人末端；

所述双目相机的镜头正对所述靶体侧面，用于拍摄多个正对镜头的侧面靶球的标定图像，以获取所述双目相机镜头下的位姿检测区域；

所述终端设备与所述双目相机电连接，用于接收多个所述标定图像后，输出位姿检测区域上连接所述靶体的机械臂或机器人的实时位姿。

9.一种利用权利要求8所述的基于双目视觉测量的位姿检测系统的检测方法，所述方法包括步骤：

S1：对双目相机进行内外参标定；

S2：接收所述双目相机拍摄的多个标定图像；

多个所述标定图像包括所述靶体不同侧面的所述靶球正对所述双目相机镜头时的姿态图像；

S3：对各所述标定图像进行图像预处理；

所述图像预处理包括利用高斯滤波器对所述标定图像进行降噪处理，并对降噪后的标定图像进行二值化处理，分离出包含靶球的目标区域和不包含靶球的背景区域；

S4：利用霍夫圆检测法找出所有所述目标区域中的所有圆形，并找出每个圆形的圆心，作为特征点保存；

S5：利用靶球标号识别算法得到每个特征点所属靶球，在双目相机中构建标靶坐标系；

S6：将所述靶体远离侧面靶球的一端面上的所述靶球拆除后，再将所述靶体安装于机器人末端的法兰部上，驱动机器人活动，计算获取标靶坐标系下机器人的实时位姿。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，构建标靶坐标系的方法包括：

S51：提取多个包含靶球的目标区域，将所述目标区域内靶体两端面的靶球所在特征点，分别设为第一端部特征点、第二端部特征点；靶体侧面的靶球所在特征点，按顺序依次设为第一侧部特征点、第二侧部特征点、第三侧部特征点、第四侧部特征点；

S52：将其中一个所述目标区域作为参考区域，所述第一端部特征点作为第一参考点，所述第二端部特征点作为第二参考点；

S53：将其他目标区域的第一端部特征点移动到参考区域的第一参考点处，并旋转其他目标区域，使其他目标区域中的所述第二端部特征点与参考区域中的第二参考点的方向相同；

S53：按照第一侧部特征点、第二侧部特征点、第三侧部特征点、第四侧部特征点的顺序，将每个所述目标区域依次旋转，获取第二端部特征点集、第一侧部特征点集、第二侧部特征点集、第三侧部特征点集、第四侧部特征点集；

S54：基于OpenCV中的ORB算法，获取步骤S53中各个特征点集的质心，以便将所有特征点集统一成一个特征区域；

S55：在特征区域中，以第一端部特征点为坐标轴原点，第一端部特征点到第二端部特征点所在向量为Z轴，第一侧部特征点到第二侧部特征点与Z轴垂直的分量轴为X轴，通过右手定则构建标靶坐标系。