[发明专利]一种线阵相机和面阵相机相结合的立体视觉传感器及标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器视觉领域的三维测量传感器、测量方法及标定方法，尤其涉及一种新的可实现物体图像灰度及对应深度信息同步测量的立体视觉传感器、测量方法及其标定方法。

背景技术

面阵相机在拍摄高速运动物体时，由于现有面阵光源发光不均匀导致面阵相机拍摄的图像亮度不均匀，或由于光源角度和物体形貌等原因造成图像阴影。线激光器具有亮度高、单色性好、直线性强等优点，作为线阵摄像机的照明光源，可以保障线阵相机在极低曝光时间条件下获取高速运动物体的清晰图像，且图像阴影小。

在使用二维图像进行故障识别时，由于污泥、油渍等影响容易出现故障识别错误。如果同步得到图像中每个像素对应的深度信息，就可以大大提高故障识别的准确率。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种结合线阵相机与面阵相机的立体视觉传感器及其标定方法，该传感器可实现物体灰度图及每个像素对应的深度值的同步获取，可以提高故障识别的准确率。

本发明技术解决方案：一种线阵相机和面阵相机结合的立体视觉传感器，包括：线激光器，面阵相机，线阵相机，图像存储及处理单元，测速及控制单元；线激光器安装在一个调节机构上，该调节机构放置在线阵相机下部，通过调节机构将激光器投射出的光平面与线阵相机的光学中心与线阵CCD构成的平面重合，保证线激光器给线阵相机提供良好的照明；面阵相机放置在线阵相机一侧，线阵相机和面阵相机连接到图像存储及处理单元上，测速及控制单元用于测量物体速度，并给线阵相机和面阵相机发出触发信号，用于图像采集。

一种线阵相机与面阵相机结合的立体视觉传感器测量方法，实现步骤如下：

步骤1：通过调节机构2将光平面与线阵相机3的光学中心和线阵CCD构成的平面调成一个平面，保证在线阵相机3测量范围内线激光器都可以为其提供高质量照明；另外，调节面阵相机4的拍摄角度，保证面阵相机4与线阵相机3的视场范围一致；

步骤2：完成面阵相机4内部参数标定；线阵相机3内部参数标定；线阵相机3坐标系O_c1x_c1y_c1z_c1到面阵相机4坐标系O_c2x_c2y_c2z_c2之间转换矩阵标定；

步骤3：将线阵相机3与面阵相机4形成的立体视觉传感器放置在合适位置，用于测量在其前面通过的运行物体。测速及控制单元6实时测量物体速度，并根据物体速度给线阵相机3和面阵相机4发出触发信号，保证物体每向前运动一个固定距离，给出对应的触发信号用于线阵相机3和面阵相机4拍摄运动物体的图像；

步骤4：线阵相机3和面阵相机4接到触发信号采集灰度图像数据传输到图像存储及处理单元5；

步骤5：根据步骤2中标定结果，通过图像存储及处理单元5确定线阵相机3与面阵相机4灰度图像中的对应点，求解出线阵相机3中每个灰度图像点在线阵相机3坐标下的三维坐标中的y，z分量，其中，x分量为0；

步骤6：测速单元6每发出一次触发信号，通过步骤5得到运动物体上一点在线阵相机坐标系下的y，z分量，这些点三维坐标的x分量为0，现根据触发信号序号定义x分量为dn，其中d为触发间隔时间内运动物体移动的单位距离，n为触发信号序号；线阵相机3的每一个像素都将对应一个三维坐标，每个像素对应的深度值为该点的z方向分量；

步骤7：重复步骤3-6，以推扫方式连续拍摄运动物体；线阵相机3连续拍摄得到运动物体的灰度图像，同时根据步骤5计算出每个灰度图像点的三维坐标。每个像素对应的深度值为该点三维坐标的z方向分量，进而可以获取对应的深度图。

所述步骤2中的线阵相机3内部参数标定如下：

(1)使用棋盘格平面靶标放置在线阵相机3和面阵相机4的共同测量范围内，同时采集棋盘格平面靶标的灰度图像；提取线阵相机3拍摄到的灰度图像特征点a、b、c、d、e、f，根据交比不变性求解出对应点A、B、C、D、E、F在棋盘格平面靶标坐标系下的二维坐标；