[发明专利]一种基于Aruco码的平面旋转角度视觉测量方法及装置

说明书

本发明提供一种基于Aruco码的平面旋转角度视觉测量方法及装置，包括处理与显示设备1、相机2、固定平面装置3、安装在固定平面装置3上的Aruco码4、旋转物体5、安装在旋转物体5上的Aruco码6；处理与显示设备1负责处理图像与计算角度；相机2的安装要确保固定平面上的Aruco码4与旋转物体上的Aruco码5都在视野范围之内；安装在旋转设备5上的Aruco码6安装在非旋转中心处。方法包括：步骤1：建立坐标系；步骤2：确定旋转角；步骤3：计算旋转角度。本发明的法通过非接触式的方式对旋转物体的旋转角度进行实时的高精度测量，可适应复杂变换的环境，装置简单，安装与使用要求低，适用范围广。

技术领域

本发明涉及一种基于Aruco码的平面旋转角度视觉测量方法及装置，属于旋转角度测量领域。

背景技术

目前，很多应用场合需要对旋转物体的旋转角度进行实时测量，如军工领域、航空航天领域，对旋转角度的测量精度和实时性提出了较高的要求。传统旋转角度的测量方法大多采用电子传感器或光学仪器等方式进行，需要与旋转物体进行必要的接触，并且可能会对物体造成损伤。同时，电子传感器对旋转物体的结构有较高要求，需要预留传感器的放置位置；光学仪器的操作复杂、成本较高，且适用场合有限。

机器视觉通过对图像进行分析计算，获取所需的识别与测量信息，已经在工业领域得到了广泛应用，如目标检测定位、产品缺陷检测、固定角度测量等。通过机器视觉可对旋转角度进行非接触式测量，对旋转物体的结构要求较低，可避免对旋转物体带来损伤，同时可满足对测量精度与速度的要求。

公开号为CN108007388A的中国专利申请公开了一种基于机器视觉的转盘角度高精度在线测量方法，通过使用机器视觉的方式对转盘的旋转角度进行了在线测量。该方法包含测量参考标记圆孔设定阶段、图像采集阶段、图像处理阶段与角度测量阶段。具体为：首先将两个参考标记圆孔分别设置到圆盘的正中心与离正中心2cm处；然后以相机成像中心与转盘中心重合的方式安装相机，在转盘旋转之后采集表面图像；其次，经过对采集图像的灰度化处理、形态学滤波、边缘检测等操作，获取两圆孔圆心坐标及半径，最后利用检测的两个圆心以及转盘在垂直轴线方向上任意一点，三点组成两个向量，利用向量的夹角的余弦值，获取最终的旋转角度。

该基于机器视觉的转盘角度高精度在线测量方法虽然可较高精度的对旋转角度进行测量，但存在以下问题：(1)以圆孔作为标记容易与其他形状近圆的物体冲突，导致识别失败(2)通过打圆孔的方式设定标记，对待测物体会有损伤，并且很难保证圆孔的圆心与转盘的旋转中心是完全重合的；(3)安装相机时很难保证相机的成像中心与转盘中心完全重合；(4)在图像处理阶段要依赖稳定的光源才可避免重复的图像处理，无法适用于变化的光照条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Aruco码的平面旋转角度视觉测量方法及装置。该方法通过非接触式的方式对旋转物体的旋转角度进行实时的高精度测量，可适应复杂变换的环境，装置简单，安装与使用要求低，适用范围广。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤1：建立坐标系

利用Aruco码建立世界坐标系与旋转物体坐标系，然后通过相机对Aruco码的识别，获取旋转物体上的一个转动点在世界坐标系下的坐标；

步骤2：确定旋转角

在世界坐标系下确定旋转物体的旋转平面与旋转中心，在旋转平面内转动点绕旋转中心转动的角即为旋转角；

步骤3：计算旋转角度

在旋转平面内，转动点的起始位置与终止位置分别与旋转中心组成两个空间向量，计算两个空间向量的夹角，得到旋转角度的大小。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.在步骤1中，具体包括以下步骤：