[发明专利]一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测装置，其特征在于，包括：安装夹具、第一激光线结构光发生器、第二激光线结构光发生器、单目相机，所述第一激光线结构光发生器、第二激光线发生器通过定位架平行的固定在安装夹具的水平部表面，所述单目相机固定在所述第一激光线结构光发生器与第二激光线发生器之间，所述单目相机用于获取投射在待测物体的三维图像，第一激光线结构光发生器、第二激光线结构光发生器的电源连接端、单目相机的输出端均连接至外部单目视觉测量系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测装置，其特征在于，所述第一激光线结构光发生器和第二激光线发生器发射出的激光线平行的投射在待测物体表面。

3.根据权利要求1所述的一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测装置，其特征在于，所述单目相机包括：CMOS相机、工业镜头、滤光片，所述CMOS相机的前端与工业镜头可拆卸连接，所述工业镜头前端与滤光片可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测装置，其特征在于，安装夹具的垂直部表面开设有若干安装孔。

5.一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测方法，所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对单目相机进行标定获取单目相机的内参数及外参数，并对第一激光线结构光发生器和第二激光线结构光发生器的光平面进行标定得到线结构光平面方程；

S2：将第一激光线结构光发生器和第二激光线结构光发生器的发射光线投射到待测圆柱物体上产生两个三维圆弧，通过单目相机获取三维圆弧图像并举行去噪预处理；

S3：提取三维圆弧图像中圆弧中心线上的二维点并按照光源进行聚类；

S4：将聚类后的二维点映射为单目相机坐标系下的空间三维点，将空间三维点进行椭圆拟合获得待测圆柱体的位姿参数；

S5：获取若干组三维圆弧图像并进行去噪预处理，重复步骤S3-S4，得到对应的若干组待测圆柱体的位姿参数并利用预设的迭代优化算法进行迭代优化得到最优结果，将最优结果作为待测圆柱体的最终位姿参数。

6.根据权利要求5所述的一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测方法，其特征在于，所述位姿参数包括：轴线向量、参考点及半径。

7.根据权利要求5所述的一种基于线结构光学视觉的圆柱状物体位姿检测方法，其特征在于，所述单目相机的内参数包括：k_x，k_y，u₀，v₀，k_x，k_y为X，Y方向上的有效焦距，(u₀，v₀)为主点坐标，所述外参数包括：MCW，所述MCW表示相机坐标系和世界坐标系的转换关系；

所述线结构光平面方程通过线结构光的传感器相机模型进行表示，所述线结构光的传感器相机模型表示为：

其中，O_WX_WY_WZ_W为世界坐标系，O_CX_CY_CC为相机坐标系，OUV为图像像素坐标系；

线结构光平面方程即线结构光平面在世界坐标系中的方程可以表示为Z_W＝AX_W+BY_W+C，其中，A、B表示方程系数，C为常数。