一种激光辅助标定方法技术

本发明专利技术提供一种激光辅助标定方法，标定方法步骤为：通过调节激光角度使三台激光器均激光照射在测量面上，采集一张基准图像并保存为灰度图像，移除标定物并放置上多维平移台，读取基准图像设为暗色通道，实时采集当前灰度图像并设置为亮色通道，暗色通道图像与亮色通道图像实时合成图像，放置标定板于平移台上采集图像，提取标定板角点信息，最后计算理想情况下的相机内外参数，使用最小二乘法得到径向畸变的畸变系数；本发明专利技术可对各种不同高度、外观的零件检测面准确标定，且能准确定位到测量物的检测面，提高了标定的精度。提高了标定的精度。提高了标定的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种激光辅助标定方法


[0001]本专利技术涉及机器视觉图像检测领域，特别是涉及一种激光辅助标定方法。

技术介绍

[0002]在图像测量、定位以及机器视觉的应用中，为了确定空间物体表面某个点在三维空间的几何位置与在二维图像中对应点之间的相互关系，需要建立相机成像的几何模型，其中几何模型参数就是相机的参数，求解参数过程便是所谓的相机标定。现有标定方式是采用标定板放置于待测量片面，通过提取方格角点坐标以及相机内参数进行计算，但这一过程需要确保标定板放置于待测量片面的正上方，与测量面平行或重合。
[0003]但在实际测量中，由于标定物体表面形状的不确定性，经常会出现测量面太小、测量面被物体的其他部分遮挡、无法放置标定板等问题，导致检测过程无法正常进行。如图1
‑
图4所示，测量面位于圆筒内部中间区域，正常标定需要将标定板放置于内部的检测面上，若此时没有合适规格的标定板可以放置到内部的测量面上，便无法进行标定，即使放置于圆筒正上方，无法确定是否与检测面平行便不能确定标定是否有效，并且标定时要求标定板的尺寸必须大于相机视场的1/3，需要同时满足这两个条件才能进行标定。由于这类问题存在，使得校准无法顺利进行，从而影响测量精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种激光辅助标定方法，结构简单，使用方便。
[0005]一种用于不同高度零件尺寸测量时的激光辅助标定装置，包括箱体、相机、调节架、点光源、调节台以及标定板；所述相机、调节架以及调节台设置于箱体；所述点光源设置于调节架；所述标定板设置于调节台；所述箱体为一面开口的六面体，所述开口面为箱体的侧面，箱体的另外三个侧面设置有调节架；箱体的顶面设置有相机，底面设置有调节台。
[0006]进一步的，所述调节架设置于相机的周围。
[0007]一种基于上述装置的激光辅助标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]S1：点光源对待测零件的表面进行标记；
[0009]S2：相机记下此时标记的位置，取走待测零件，将调节台放在待测位置，点光源对调节台表面进行标记；
[0010]S3：改变调节台的位置姿态，使得相机记录当前调节台表面上的点光源标记位置与S1中点光源标记位置重合；
[0011]S4：设置标定板进行标定；利用标定数据对原零件进行尺寸测量。
[0012]进一步的，所述S1和S2中使用点光源进行标记的步骤包括：
[0013]S11：调节调节架，使得点光源向检测面发射光线；
[0014]S12：点光源发出的光线经过检测面的反射，传到相机；
[0015]S13：相机采集实时图像。
[0016]进一步的，所述S4包括如下步骤：
[0017]S41：由世界坐标系变换到相机坐标系；
[0018]S42：由相机坐标系变换到成像平面坐标系，其中由相机坐标系变换到成像平面坐标系的过程中包括标定的过程；
[0019]S43：矫正成像平面坐标系；
[0020]S44：由校正后的成像平面坐标系变换到图像坐标系；
[0021]S45：确定相机内外总参数，完成标定。
[0022]进一步的，所述S41中，由世界坐标系转换到相机坐标系，包括将点P
w
转换为点P
c
，具体通过如下算式：
[0023]P
c
＝R
·
P
w
+T
[0024]其中R表示旋转矩阵，T表示平移向量，R包括α,β,γ三个旋转角度；旋转矩阵R(α,β,γ)表示为：
[0025][0026]其中，α表示相机坐标系与世界坐标系的X轴的夹角，β表示相机坐标系与世界坐标系的Y轴的夹角，γ表示相机坐标系与世界坐标系的Z轴的夹角；P
c
在相机坐标系中的坐标值表示为(x
c
，y
c
，z
c
)；T＝(t
x
,t
y
,t
z
)。
[0027]进一步的，所述S42中，由相机坐标系转换到成像平面坐标系的过程中，需要将P
c
转换到成像平面坐标系，转换的过程依赖于如下转换关系式：
[0028][0029]其中，f表示相机的焦距；u、v表示点P在成像平面坐标系中的坐标值。
[0030]进一步的，所述S43中，矫正成像平面坐标系包括：
[0031][0032]其中参数k表示径向扭曲的畸变大小；表示经过校正后点P的真实的成像平面坐标值。
[0033]进一步的，所述S44中，将理想的成像平面坐标系的点P的坐标转换到图像坐标系，包括：
[0034][0035]其中C
x
，C
y
是投影中心在成像平面坐标系的垂直投影的坐标值，S
x
，S
y
是图像传感器在水平和垂直方向上相邻像素之间的距离。
[0036]进一步的，所述S45中，确定相机内外总参数的过程为：将棋盘格标定板放置于调节台上方，使用相机拍摄下当前的标定板图像，首先从标定板图像上获得棋盘格的角点坐
标m
i,j
，所述m
i,j
在图像坐标系中；通过如下公式，计算投影得到坐标Ti(Mi,c)之间的距离d(c)：
[0037][0038]通过对两幅及以上的带有标定板的图像联合求解，求出d(c)的最小值，来确定相机内外总参数c＝(f，k，S
x
，S
y
，C
x
，C
y
，t
x
，t
y
，t
z
，α，β，γ)，完成相机的标定过程。
[0039]本专利技术的有益效果为：
[0040]通过设置点光源辅助以及调节台，可对各种不同高度，不同外观的零件的检测面进行准确的标定；
[0041]引入了一种平面定位的方法，可以准确定位到测量物的检测面，提高了标定的精度；
[0042]通过对成像平面坐标系进行校正，修正成像过程中产生的畸变值，使得标定更为准确。
附图说明
[0043]图1为棋盘格标定板；
[0044]图2为传统标定时测量面位于圆筒内部中间区域；
[0045]图3为传统标定时标定板放置于圆筒内部的检测面上；
[0046]图4为传统标定时标定板放置于圆筒正上方；
[0047]图5为本专利技术标定装置的简化示意图；
[0048]图6为本专利技术标定装置的简化俯视图；
[0049]图7为本专利技术实施例一标定装置的结构图；
[0050]图8为本专利技术实施例一标定装置的正视图；
[0051]图9为本专利技术不同倾斜度的面光路反射示意图；
[0052]图10为本专利技术调节台示意图；
[0053]图11为本专利技术上底座的仰视图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助标定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：点光源对待测零件的表面进行标记；S2：相机记下此时标记的位置，取走待测零件，将调节台放在待测位置，点光源对调节台表面进行标记；S3：改变调节台的位置姿态，使得相机记录当前调节台表面上的点光源标记位置与S1中点光源标记位置重合；点光源采用半导体激光器，三个半导体激光器发射出激光打在待测零件的检测面上，通过相机可以拍摄到的三个暗点的图像；保存暗点的图像，再换上调节台并且不改变半导体激光器的姿态，通过相机实时采集调节台的图像，并通过图像处理算法，将待测零件的检测面的图像与调节台的图像进行实时合成，观察亮点的位置，调节调节台四个立杆的高度进而控制调节台反射面的高度和倾角，当调节台高度和水平发生变化时，亮点的位置也会随之实时变化，观察相机的成像，当亮点移动到与暗点重合时，说明待测零件的检测面所在的平面与调节台的反射面所在的平面已经重合，可以将标定板放置于调节台上方进行标定；S4：设置标定板进行标定；利用标定数据对待测零件进行尺寸测量。2.根据权利要求1所述的一种激光辅助标定方法，其特征在于，所述S1和S2中使用点光源进行标记的步骤包括：S11：调节调节架，使得点光源向检测面发射光线；S12：点光源发出的光线经过检测面的反射，传到相机；S13：相机采集实时图像。3.根据权利要求2所述的一种激光辅助标定方法，其特征在于，所述S4包括如下步骤：S41：由世界坐标系变换到相机坐标系；S42：由相机坐标系变换到成像平面坐标系，其中由相机坐标系变换到成像平面坐标系的过程中包括标定的过程；S43：矫正成像平面坐标系；S44：由校正后的成像平面坐标系变换到图像坐标系；S45：确定相机内外总参数，完成标定。4.根据权利要求3所述的一种激光辅助标定方法，其特征在于，所述S41中，由世界坐标系转换到相机坐标系，包括将点P
w
转换为点P
c
，具体通过如下算式：P
c
＝R
·
P
w
+T其中R表示旋转矩阵，T表示平移向量，R包括α,β,γ三个旋转角度；旋转矩阵R(α,β,γ)表示为：其中，α表示相机坐标系与世界坐标系的X轴的夹角，β表示相机坐标系与世界坐标系的Y轴的夹角...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浙泊，陈镇元，黄丹丹，刘锡安，潘凌锋，林建宇，林晨宽，陈一信，余建安，叶雪旺，吴荻苇，颜文俊，
申请(专利权)人：浙江大学台州研究院，
类型：发明
国别省市：