激光视觉轮廓测量系统及测量方法、立体靶标
专利汇可以提供激光视觉轮廓测量系统及测量方法、立体靶标专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种激光视觉轮廓测量系统及方法、立体靶标，该系统包括测量部分和标定部分，所述测量部分包括四个一字线状 激光器 和四个CCD摄像机，其中每个激光器与CCD摄像机组成一个 传感器 ；所述标定部分包括一中空立方体结构的立体靶标，测量方法具体为，先利用立体靶标实现测量系统的标定和坐标统一，之后实现本测物的三维轮廓测量。利用该LED立体靶标，在标定过程中只需要在摄像机视场范围中把靶标随意摆放几个 位置 即可，操作简单，可以迅速便捷的完成对传感器全局统一标定，并能够应用于工业现场；对于需要全方位测量物体截面轮廓的场合，如对各种机械零件截面轮廓尺寸在线检测，本方案有较好的技术优势。，下面是激光视觉轮廓测量系统及测量方法、立体靶标专利的具体信息内容。
1.一种立体靶标，其特征在于，所述立体靶标为一中空立方体结构，每个靶标面均为边长120mm的正方形，每个靶标面上设置有特征圆孔，所述特征圆孔大小相同，彼此之间的位置关系相同。
2.一种激光视觉轮廓测量系统，包括测量部分和标定部分，其特征在于，所述测量部分包括四个一字线状激光器和四个CCD摄像机，其中每个激光器与CCD摄像机组成一个传感器，一共组成四个所述传感器并分别设置于四个机械架上，各传感器环绕在被测物周围，四个一字线状激光器投射光能全部覆盖一个被测物截面且都在对应摄像机视场范围内；所述标定部分包括一立体靶标，所述立体靶标为一中空立方体结构，每个靶标面均为边长120mm的正方形，每个靶标面上设置有特征圆孔，所述特征圆孔大小相同，彼此之间的位置关系相同；所述立体靶标每个靶标面上的特征圆孔均由相同颜色LED点亮；
激光投射到被测物表面之后，靶标面上的光条受被测物表面反射光的调制，对应CCD摄像机拍摄被测物的三维图像，图像中的光条包含了被测物表面的三维信息，将被测物的三维图像经由以太网传送至计算机，由计算机利用标定得来的各传感器参数等计算得出被测物截面三维数据。
3.一种激光视觉轮廓测量系统测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤(1)、打开激光器，将立体靶标按照Zhang标定方法摆放于10个不同位置，且每个摄像机对应于靶标面及各靶标面上的光条在相应摄像机视场范围内且成像清晰；利用CCD摄像机采集标定图，对标定图进行处理计算，计算过程依顺序包括：特征圆孔边缘提取、椭圆拟合、椭圆中心特征点提取、摄像机标定、光条中心提取、光平面拟合，以及进行坐标系统一；
步骤(2)、通过提取光条中心特征点，结合Zhang摄像机模型，反算出被测物体截面轮廓尺寸，具体处理如下：
首先通过摄像机坐标系下的坐标值(xc,yc,zc)和光平面方程约束得到图像光条中心点(u,v)和摄像机坐标系下点坐标(xc,yc,zc)之间一一对应关系，建立起从二维像素坐标到摄像机坐标系坐标的一一映射关系；然后将摄像机坐标系下的点通过坐标系变换，即利用标定得到的旋转矩阵和平移矩阵，转换得到测量坐标系下被测物的截面轮廓三维坐标，其中：
摄像机坐标系下光平面方程约束为：
axc+byc+czc+d＝0
图像上某点在摄像机坐标系下的坐标值(xc,yc,zc)为：
4.如权利要求3所述的一种激光视觉轮廓测量系统测量方法，其特征在于，所述特征圆孔边缘提取、椭圆拟合、椭圆中心特征点提取、靶标平面确定的步骤，具体包括以下处理：
对靶标特征圆进行椭圆拟合以求取椭圆中心，得到靶标面上每个特征圆孔圆心在计算机图像坐标系里的坐标Iuv，根据标定图中任意两特征点之间的像素距离大小可以确定每个靶标面的中心圆，之后找出距离中心圆最近的四个特征圆，根据这四个特征圆和中心圆之间相对位置关系即可确定靶标面上其他特征圆的拓扑关系；由此得出各个特征点在对应靶标面坐标系里的坐标(xwi,ywi,zwi)；将Iuv和(xwi,ywi,zwi)代入标定函数获得每个摄像机的内参数ki1、ki2、pi1、pi2、fxi、fyi、(u0i,v0i)、dxi、dyi和外参数Rij、Tij；其中i＝1,2,3,4代表第几号摄像机，j代表第几个标定位置；
T
设每幅标定图像的旋转矩阵Rij的第三列为(r3ij,r6ij,r9ij)，以它为当前标定位置靶标T
面法向量，以该标定图的平移向量Tij(t1ij,t2ij,t3ij)为靶标面原点在对应摄像机坐标系中坐标，则可得到该位置处靶标面在对应摄像机坐标系下的方程：
r3ij·xcij+r6ij·ycij+r9ij·zcij＝r3ij·t1ij+r6ij·t2ij+r9ij·t3ij。
5.如权利要求3所述的一种激光视觉轮廓测量系统测量方法，其特征在于，所述光条中心提取，具体包括以下处理：
设标定图中光条中心某点的图像坐标为(u′ij,v′ij)，对(u′ij,v′ij)去畸变处理后得到矫正后光条中心该点图像坐标(uij,vij)，利用(uij,vij)和公式(1)及摄像机坐标系测量模型计算得到每幅标定图中光条中心各点在对应摄像机坐标系中的坐标。
6.如权利要求3所述的一种激光视觉轮廓测量系统测量方法，其特征在于，所述光平面拟合，具体包括以下处理：
标定时靶标摆放了j个不同位置，这样对每个激光器来说可以得到在同一光平面上的j条光条中心线上点在对应摄像机坐标系中坐标，对这些点进行主元分析法空间平面拟合，得到每个激光器投射光平面在对应摄像机坐标系下的方程。
7.如权利要求3所述的一种激光视觉轮廓测量系统测量方法，其特征在于，所述坐标统一，具体包括以下处理：
设Rk1、Tk1为在靶标第一个标定位置时，第k(k＝2、3、4)靶标坐标系到坐标系
Ow1-Xw1Yw1Zw1转换时的旋转矩阵和平移向量，得到：
由此通过Rk1、Tk1(k＝2,3,4)计算得出被测物截面轮廓在在坐标系Ow1-Xw1Yw1Zw1下的坐标，到此完成了对整个系统的标定及测量坐标系的全局统一。
激光视觉轮廓测量系统及测量方法、立体靶标
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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