[发明专利]机器视觉辅助下的激光三维扫描标示方法

摘要

本发明公开了一种机器视觉辅助下的激光三维扫描标示方法，包含：布设空间位置已知且与三维曲面之间相对位置关系已知的视觉特征点，依靠一个标定过的工业相机获取视觉特征点的图像，再利用n点透视理论确定出三维曲面与相机的空间位姿关系；向标示系统输入数字控制信号形成覆盖三维曲面的激光光斑，并用相机获取的激光光斑的图像，据此构建起相机坐标系下曲面上三维点坐标与激光扫描振镜数字控制信号的映射关系；利用建立好的映射关系求解出目标轮廓曲线上各离散的三维点所对应的数字控制信号，从而控制激光振镜在三维曲面上标示出目标轮廓曲线。本发明采用现场实时标定保证了每次使用的精度和可靠性，整个标示操作十分方便。

主权项

1.一种机器视觉辅助下的激光三维扫描标示方法，其特征在于，基于一标示系统，该标示系统包含一个激光扫描振镜、一个计算机和一个成像参数已标定过的工业相机；激光扫描振镜包含一个控制器、一个激光发射器和两个光学反射镜片；计算机提供的数字控制信号通过控制器控制激光发射器发射激光并驱动两个光学反射镜片偏转，从而控制激光束在一定的空间中的偏转；工业相机接收计算机发送的信号，采集激光光斑与视觉标记点的图像并传回计算机；计算机负责图像信息处理和激光扫描振镜控制信号的定量计算，包括如下步骤：步骤一：布设空间位置已知且与三维曲面之间相对位置关系已知的k个视觉特征点，k≥n，接着用工业相机对这些视觉特征点进行拍照获取图像，并对图像进行处理提取这些特征点的像素坐标，应用n点透视理论，利用视觉特征的相对空间位置、像素坐标以及工业相机的成像参数求解出三维曲面到相机的空间位姿[R|T]；步骤二：输入数字控制信号di＝[xdi ydi],i＝1,2,...,N到控制器，控制激光发射器发射激光束并驱动两个光学反射镜片投射出该激光束到三维曲面S，从而产生覆盖三维曲面S的N个激光光斑，用工业相机对三维曲面S上的激光光斑拍摄图像，并提取所有激光光斑中心的像素坐标；再利用标定过的工业相机内参数，把激光光斑中心的像素坐标转变成物理坐标，将相机坐标系原点Oc与这些激光光斑中心的物理坐标相连构成N条直线li,i＝1,2,...,N；凭借步骤一中的[R|T]将三维曲面S的数模wM从原始定义的曲面坐标系转换到相机坐标系下形成cM，并求转换后的数模cM与li,i＝1,2,...,N的交点，求出的N个交点即为激光光斑中心在相机坐标系下的三维坐标cPi；步骤三：根据步骤二中di和cPi，i＝1,2,...,N，来标定三维曲面S上的点在相机坐标系下的三维坐标cP与对应的振镜数字控制信号d的映射关系cP→d；步骤四：将需要标示的目标轮廓曲线离散成一定密度的在曲面坐标系下的三维点步骤五：将步骤四中的三维离散点通过步骤一中的[R|T]转换到相机坐标系下然后再通过步骤三中获得的映射关系^cP→d，求解出对应的数字控制信号_tgtd_j,j＝1,2,...,L；步骤六：依次将tgtdj,j＝1,2,...,L输入激光扫描振镜，从而激光扫描标示出三维曲面S上的目标轮廓曲线C。