基于機(jī)器人系統(tǒng)的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定新方法

　　引 言

　　線結(jié)構(gòu)光視覺測量技術(shù)的重要意義在于能夠?qū)?shí)物的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號，為實(shí)物數(shù)字化提供了相當(dāng)方便快捷的手段。線結(jié)構(gòu)光視覺測量的關(guān)鍵技術(shù)之一就是線結(jié)構(gòu)視覺傳感器模型的獲取，即標(biāo)定問題。標(biāo)定的精度直接影響線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的測量精度，而確定標(biāo)定特征點(diǎn)的三維實(shí)際坐標(biāo)與對應(yīng)的二維圖像坐標(biāo)是標(biāo)定問題的關(guān)鍵。在滿足準(zhǔn)確度的情況下，如何方便、準(zhǔn)確地確定特征點(diǎn)坐標(biāo)及準(zhǔn)確求解傳感器模型參數(shù)是視覺測量系統(tǒng)標(biāo)定的重要內(nèi)容。

　　目前，針對獲取標(biāo)定點(diǎn)的主要方法有拉絲法、鋸齒靶法。、交比不變法等。但這些方法都存在著一些問題，如，獲取的標(biāo)定點(diǎn)數(shù)目少、特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)提取困難、標(biāo)定過程復(fù)雜等。為了方便、準(zhǔn)確地得到傳感器的模型，本文提出了一種新的基于一維圓靶的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定特征點(diǎn)獲取方法，該方法不需要額外對光平面進(jìn)行標(biāo)定，通過一維圓靶和機(jī)械手臂的運(yùn)動獲取一系列光平面上的特征點(diǎn)。傳感器模型參數(shù)的求解是在對Tsai兩步法簡化的基礎(chǔ)上，獲得一種線性求解攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的簡單算法。從特征點(diǎn)的提取到傳感器模型參數(shù)的求解本文提出的方法都大大提高了效率，降低了標(biāo)定的時(shí)間，且標(biāo)定精度較高，為機(jī)器人三維激光測量系統(tǒng)的研制開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。

　　1 機(jī)器人三維激光測量系統(tǒng)的組成與測量原理

　　如圖1所示，機(jī)器人三維激光測量系統(tǒng)由半導(dǎo)體線式激光器、激光控制器、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)、六自由度機(jī)械手臂、電機(jī)運(yùn)動控制卡和待測工件組成，其中，半導(dǎo)體線式激光器用于發(fā)射激光線到待測工件表面，激光控制器用于調(diào)整激光的強(qiáng)度，其光線在CCD攝像機(jī)上成像，圖像采集卡用于接收攝像機(jī)送出的視頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)對采集的圖像進(jìn)行圖像處理，提取激光線的二維信息，通過標(biāo)定得到的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算工件的深度和縱向信息，再由六自由度機(jī)器人帶動激光器和攝像機(jī)作橫向運(yùn)動，通過計(jì)算機(jī)對電機(jī)運(yùn)動控制卡的信息提取得到橫向信息，從而得到與激光條紋圖像信息匹配的工件表面的三維空間坐標(biāo)。

　　2 線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定原理

　　2.1 標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取方法

　　為了準(zhǔn)確獲取標(biāo)定特征點(diǎn)，這里，設(shè)計(jì)了一為光平面對準(zhǔn)特殊設(shè)計(jì)的圓陣列平面標(biāo)靶，標(biāo)靶采用精密光刻的一排間隔為3 mm的圓圖案的玻璃板，圓陣列兩側(cè)分別刻了2條過圓心軸的校準(zhǔn)線，此標(biāo)靶精度達(dá)到