一種簡(jiǎn)化的線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法

陳麗+梁曉琳+楊亞磊+王國(guó)斌

【摘 要】用線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器進(jìn)行物體輪廓測(cè)量在非接觸測(cè)量中變得越來(lái)越重要。其中，線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的標(biāo)定是線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量的關(guān)鍵。論文根據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)定方法，提出了一種基于方框形圓點(diǎn)靶標(biāo)的標(biāo)定方法，并給出了數(shù)學(xué)模型。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)其精度滿足普通測(cè)量要求。

【Abstract】 The contour measurement by using the light visual sensor in line structure is becoming more and more important in non-contact measurement. The calibration of line structure optical vision sensor is the key of line structure optical visual measurement. Based on the existing calibration method， this paper presents a calibration method based on the block shaped dot target， and gives a mathematical model. The accuracy of the experiment is met with ordinary measurement.

【關(guān)鍵詞】線結(jié)構(gòu)光；視覺(jué)傳感器 ；現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法

【Keywords】 line structured light； vision sensor； field calibration method

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP391.41 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0163-02

1 研究現(xiàn)狀

目前，針對(duì)線結(jié)構(gòu)光的視覺(jué)測(cè)量模型，提出了許多線結(jié)構(gòu)光傳感器的標(biāo)定方法。主要有Dewar R提出的拉絲標(biāo)定法[1]，段發(fā)階等提出了鋸齒靶法[2-3]，Huynh、徐光祐和魏振忠分別提出了利用交比不變性原理獲取光平面標(biāo)定點(diǎn)的標(biāo)定方法。周富強(qiáng)、張廣軍等人提出了基于平面參照物的標(biāo)定方法，簡(jiǎn)化了標(biāo)定設(shè)備，適合現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，但每次標(biāo)定時(shí)需多次改變激光光條與平面標(biāo)定參照物的位置，增加了標(biāo)定的復(fù)雜度。后來(lái)，周富強(qiáng)和魏振忠等先后提出了利用一維靶標(biāo)上距離已知的特征點(diǎn)之間的距離約束，實(shí)現(xiàn)線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定的新方法，但標(biāo)定點(diǎn)獲取的個(gè)數(shù)和精度受到限制。

2 線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的數(shù)學(xué)模型

3 線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的標(biāo)定

3.1 標(biāo)定靶標(biāo)的設(shè)計(jì)

根據(jù)線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的數(shù)學(xué)模型可知有8個(gè)未知系統(tǒng)參數(shù)，需要至少4個(gè)非共線對(duì)應(yīng)點(diǎn)。由此，設(shè)計(jì)了方框型圓點(diǎn)靶標(biāo)，用來(lái)獲取標(biāo)定時(shí)所需要的高精度的標(biāo)定點(diǎn)。該靶標(biāo)由相互垂直的四個(gè)剛性平面構(gòu)成，四周光刻半徑為4mm，相鄰間距為20mm的標(biāo)靶圓點(diǎn)，分別以中間靶標(biāo)圓點(diǎn)的中心為定位點(diǎn)定位在靶標(biāo)框的直角頂點(diǎn)處。調(diào)整靶標(biāo)使激光光平面與靶標(biāo)圓點(diǎn)中心所在平面一致，如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定

按照?qǐng)D2所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整攝像機(jī)1和攝像機(jī)2使靶標(biāo)圓點(diǎn)能在其中成全像，并且由線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的數(shù)學(xué)模型可知，靶標(biāo)圓點(diǎn)的圖像坐標(biāo)也不能在同一直線上。

4 試驗(yàn)

標(biāo)定精度主要從單點(diǎn)的定位精度進(jìn)行驗(yàn)證。用標(biāo)定好的兩臺(tái)攝像機(jī)采集驗(yàn)證點(diǎn)的圖像，并根據(jù)如圖3所示，其中，實(shí)際坐標(biāo)用“O”表示，測(cè)量坐標(biāo)用“+”點(diǎn)表示，其對(duì)比誤差在0.2mm以內(nèi)。

5 結(jié)論

建立了基于線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器測(cè)量輪廓截面積的數(shù)學(xué)模型，提出了一種基于方框形共線圓點(diǎn)靶標(biāo)的線結(jié)構(gòu)光傳感器系統(tǒng)參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法。該方法只需要調(diào)整標(biāo)定靶標(biāo)使其特征圓點(diǎn)的中心平面與線結(jié)構(gòu)光平面在同一平面內(nèi)，即可通過(guò)一次靶標(biāo)圖像采集，計(jì)算出線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的系統(tǒng)參數(shù)。目前，關(guān)于如何調(diào)整光平面使其與基準(zhǔn)平面在同一平面內(nèi)還沒(méi)有簡(jiǎn)便有效的方法，可進(jìn)一步研究來(lái)提高精度。

【參考文獻(xiàn)】

【1】段發(fā)階.一種新型線結(jié)構(gòu)光傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2000，21（l）：105-110.

【2】魏振忠，張廣軍，徐園. 一種線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器標(biāo)定方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2005（02）：210-214.

【3】周富強(qiáng)，張廣軍，江潔. 線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004（06）：169-173.