[发明专利]一种基于主动光源的视觉传感器标定及定位装置

说明书

【技术领域】

本发明属于测量领域类的标定及定位装置，尤其涉及视觉传感器的标定及定位装置。

【背景技术】

视觉检测、测量技术在国民经济、科学研究以及国防建设等领域有着越来越广泛的应用，它具有非接触、精度高、速度快等优点。用于视觉检测的视觉传感器一般包括一台或多台摄像机及其它辅助测量的装置如激光器、光栅投射器等等。传感器在使用前必须进行标定，通过标定获得传感器中各个摄像机的内部参数，即摄像机图像像素位置与实际空间中点的对应关系；以及获得各个摄像机的外部参数，即摄像机之间、摄像机与激光器、光栅投射器等辅助装置之间的空间位置关系。标定的方法一般是根据摄像机模型和测量原理模型，采用带有已知相对位置的特征点的标定装置，通过特征点的图像坐标与世界坐标的对应关系来求解摄像机的内、外参数。

标定的过程同时也是一个量值传递的过程，影响标定精度的主要有特征点的物理精度与特征点的检测精度。特征点的物理精度主要由标定装置的加工制作工艺来保证，目前能够达到微米级甚至亚微米级精度。特征点的检测精度则受装置所在环境的照明情况影响很大，甚至可以限制视觉传感器在某些场合的应用。

目前常用的标定装置可根据其特征点的分布关系分为一维标定装置、二维平面标定装置以及三维立体标定装置。其原理是采用机械加工、电化学工艺或是光学工艺方法，在金属、陶瓷、玻璃或碳纤维等不易形变的材料上制造出具有已知位置关系及一定几何形状的特征点。并且使得这些几何形状如直线、圆，矩形等具有明显的视觉反差效果，可以在视觉传感器上得到清晰的成像。

由于标定装置本身并不发光，而只是靠外界环境光来产生这种反差的效果，所以对标定的现场环境有很高的要求，光线较暗、有干扰光存在或者标定装置本身的反光都使得特征点的检测精度大大降低，从而影响视觉传感器的测量精度。并且，随着视觉测量朝着大视场、大尺寸、多传感器的方向发展，传感器与传感器之间、传感器与被测物体之间的距离通常在几米甚至十几米以上，采用传统的标定装置在这么远的距离上很难在图像中得到高精度的特征点位置。

视觉传感器的标定装置通常也是空间定位装置，应用于空间定位的测量过程与视觉传感器的标定过程在获取特征点位置这一关键步骤上是相同的，特征点提取的精度直接影响定位精度，所以上述在标定过程中遇到的问题在定位过程中同样是无法避免的。

【发明内容】

本发明需要解决的技术问题是：提供一种可以在现场环境照明较差，光照不稳定、光线较暗、干扰光过多以及需要远距离使用的场合中应用的视觉传感器标定及定位装置。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于主动光源的视觉传感器标定及定位装置。采用的技术方案如下：

1.一种用于视觉传感器的标定及定位装置，包括支撑结构、具有一定已知几何形状镂空的光阑、光源以及用于光源的供电、控制和外部接口的电路。

2.支撑结构的材料可以是金属、陶瓷、玻璃、碳纤维、塑料或上述材料的组合。并具有用于外部固定的螺纹孔，可以方便的安装固定在三脚架上或其他固定装置。

3.光阑的材料可以是金属、陶瓷、玻璃或上述形状的组合。其镂空形状可以是圆、椭圆、圆环、矩形或上述形状的组合以及阵列。镂空形状用于透光部分的内边缘厚度在1毫米以下。当视觉传感器以一定角度从侧面获得标定及定位装置的图像时，过厚的边缘会漫反射光线，使得镂空的形状在边缘上形成“月牙型”的视觉效果，成像质量降低，从而使得特征点的提取误差增加。

4.各种形状光阑的几何参数：圆的直径大小；椭圆长、短轴大小；圆环的直径大小、环的宽度；矩形的长、宽；各个形状的几何中心之间的距离；均采用高精度的测量设备获得，使获得的各参数精度达到、或高于0.1mm。视觉传感器的标定以及定位同时也是一个量值传递的过程，这些形状的实际几何参数的精度会直接影响到传感器的标定以及定位精度。

5.支撑结构和光阑可以是一个整体，即使用高精度机械加工设备直接在支撑结构中加工出光阑。特征点较多时宜使用该种方案，如实施例2中介绍的具有96个特征点的金属发光标定及定位装置。

6.光源可以是一个或多个发光二极管或背光板。发光二极管提供点光源，背光板提供面光源，具体光源的使用可以根据标定装置的结构设计来确定；使用多个点光源时要求每个二极管的颜色、亮度一致；使用面光源时要求背光板亮度均匀、稳定。光源的大小要大于光阑中所镂空的几何形状，这样才能使得从镂空形状中透过的光线均匀。