[发明专利]基于线结构光扫描的长圆柱形物体三维识别与定位方法

说明书

本发明面向机器人自动上料，提出了一种基于线结构光扫描的长圆柱形物体三维识别与定位方法：利用结构光测量传感器以固定步长分m次轴向扫描料箱中的长圆柱形物体表面，得到m个剖面的结构光测量数据；对每个剖面的结构光测量数据分别进行数据分割，使得属于同一物体的数据分割在一段圆弧中；对每段分割数据进行圆弧拟合，得到圆心坐标；匹配m个剖面的每个圆弧圆心，使得属于同一物体的圆弧匹配在一起；通过线性插值算法计算物体的三维坐标；确定抓取物体的标号。本发明可以实现长圆柱形物体三维坐标的在线、实时、自动、非接触测量，测量速度快、精度高；对物体自身约束小，半径和长度可以随意变化；料箱中物体摆放位置随意，可以倾斜、交叉等；对噪声具有鲁棒性。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体的说涉及一种基于线结构光扫描的长圆柱形物体三维识别与定位方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，自动化已经成为未来的发展方向。利用机器人代替人工实现自动上下料，不仅节约生产成本，提高生产效率，同时提高安全系数，降低工人劳动强度，成为越来越多公司的理想选择。

为了实现机器人自动上下料，需要测量物料的位置，然后传递给机器人，引导机械手进行抓取。而结构光测量方法因设备简单、实时性强而受到高度重视，尤其在对测量设备的体积、重量、功耗要求严格的应用场合，结构光测量更体现了其优势。

结构光测量方法是一种主动式光学测量技术，其基本原理是通过结构光投射器向被测物体表面投射可控制光点、光条或光面结构，并由图像传感器(例如摄像机)获得图像，然后通过系统几何关系，利用三角原理计算得到物体的三维坐标。根据结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，结构光可分为点结构光、线结构光和面结构光。由于点结构光测量方法需要逐点扫描物体进行测量，随着被测物体的增大，图像摄取和图像处理时间会急剧增加，难以实现实时测量；而面结构光得到三维坐标点数据量很大，计算量也会随之增加，因此，线结构光在工程上的应用更为普遍。

由于生产环境恶劣，受噪声污染严重，料箱中长圆柱形物体的半径、长度又随意变化，且摆放杂乱无章，一般的测量方法的精度很难达到实际要求。

发明内容

为解决生产环境内噪声污染严重，料箱中长圆柱形物体半径、长度随意变化，且摆放杂乱随意等情况对测量精度的影响，本发明提供一种测量速度快，精度高，鲁棒性强，实时、自动地实现长圆柱形物体三维识别与定位的方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于线结构光扫描的长圆柱形物体三维识别与定位方法，用于实现料箱中长圆柱形物体位置的测量，包括以下步骤：

利用线结构光测量传感器对料箱中的长圆柱形物体以固定步长分m次进行轴向扫描，得到m个剖面的结构光测量数据；

对每个剖面的结构光测量数据分别进行数据分割，使得属于同一物体的数据分割在一段圆弧中；

对每段分割数据进行圆弧拟合，得到圆心坐标；

根据同一物体上的圆弧应满足的约束条件，匹配m个剖面的圆弧圆心；

利用线性插值算法计算长圆柱形物体的三维坐标；

确定抓取的物体标号。

所述m的设定个剖面基本能覆盖整个长圆柱形物体的轴向，需要根据实际情况自行确定。

所述线结构光测量传感器所投射的射线是1个。

所述数据分割过程中，同一段圆弧的数据点应该同时满足以下条件：

|x_i-x_i-1|+|z_i-z_i-1|＜k₁ (1)