[发明专利]用于微小尺寸测量的线结构光视觉传感器标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种线结构光视觉测量系统，尤其涉及一种用于微小尺寸测量的线结构光 视觉传感器标定方法。

背景技术

线结构光视觉测量技术是一种非接触的主动传感测量技术，具有结构简单、柔性好、 抗干扰性强、测量迅速，以及光条图像信息易于提取等优点。在高速视觉测量、工业检测、 逆向工程等领域有着重要的意义和广阔的应用前景。

线结构光视觉传感器用于测量范围为10μm-1mm，测量精度要求到微米级别的微小尺 寸测量时，传感器的光学特性中放大倍率较大，而景深和视场范围都较小。因此，一般的 线结构光视觉传感器标定方法都会受景深和视场范围较小的制约，而无法完成标定任务。 需要设计出一套适用于微小尺寸测量，操作简单，结果精确的线结构光视觉传感器标定方 法。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种用于微小尺寸测量的线结构光视觉测量传感器标 定方法。使用一个平行线平板靶标，完成传感器参数的标定，简化标定过程，满足现场标 定的需要。本发明中涉及到的传感器包括CCD摄像机和激光器。

为了解决上述技术问题，本发明用于微小尺寸测量的线结构光视觉测量传感器标定方 法予以实现的技术方案是：该方法包括以下步骤：

步骤一、在一平行线平板靶标的表面上设置中心线和标记线，

在一平行线平板靶标的表面刻画出一组具有N条的水平阵列直线，其中，N不少于7， N的上限值根据传感器的CCD摄像机的视场范围大小确定，将位于中间的一条直线定义为 中心线，其上下两侧邻近的两条平行直线定义为标记线，每条标记线与中心线的距离为ds； 以这两条标记线为基准，向上和向下的相邻平行线的间距均为dy，且dy＞ds，所述ds及 dy的取值范围根据传感器的CCD摄像机视场范围大小确定，上述所有的水平阵列直线与平 行线平板靶标的矩形平板的下边沿平行；

步骤二、采集一组图像，

将上述靶标固定在一个精密移动平台上，固定靶标并使其垂直于该平台的移动方向， 然后，调整平台位置确保靶标平面垂直于光平面；激光平面投射到靶标面上产生一条光条； 调整传感器的激光器保证光条重合于靶标面的上下对齐标记，使光条垂直于靶标上的直线 阵列；此时，光条与平行直线阵列相交形成一组交点，并以间距为dx移动靶标到不同位 置并采集一组图像，将采集到的图像保存到计算机；

步骤三、确定靶标拓扑关系，包括：

(3-1)当线结构光光条投射于平行线平板靶标时，光条与所述各平行直线相交，将 交点定义为标定特征点；光条与所述中心线的交点定义为光平面坐标系的原点O_l，所述 平行直线的方向定义为O_lZ_l轴，光条方向定义为O_lY_l轴，光平面坐标系的O_lX_l轴垂直于 靶标平面；

(3-2)将靶标在CCD摄像机景深之内距离CCD摄像机最近位置定为零位，此位置 光条和中心直线的交点定义为世界坐标系原点，其坐标为(0，0，0)，确定各标定特征点 在世界坐标系下的O_lY_l轴线坐标；至此获得各标定特征点的世界坐标系坐标，并将其保 存到计算机；

步骤四、传感器参数标定，包括：

(4-1)定义线结构光视觉测量模型，(X_l，Y_l，0)为光平面上P点在光平面坐标系下 的三维坐标，(u，v)和(u_d，v_d)分别为理想像点P_u和实际像点P_d在计算机图像坐标系下的 像素坐标，根据直接线性变换模型DLT，P(X_l，Y_l，0)与(u，v)的转换关系如下：