[发明专利]一种全自动的结构光手眼三维测量系统标定方法

摘要

本发明通过深入分析线结构光手眼三维测量系统工作原理，设计了一种基于3个环境特征点和2个给定位姿的全自动标定方法。该标定方法对场景中三个特征点取像，通过精确控制机器人进行5次平移运动，标定摄像机内参数和手眼矩阵旋转部分；通过给定机器人2个不同位姿，结合特征点构成平面在不同坐标系的参数方程信息，标定手眼矩阵平移部分和结构光平面在摄像机坐标系下平面方程。该标定方法简单，特征选取容易，对结构光手眼三维测量系统在实际工业现场使用有重要意义。

主权项

一种全自动的结构光手眼三维测量系统标定方法，其特征是，该标定方法只需给定机器人2个位姿T₀、T₁，使用场景中的3个特征点，并控制机器人在T₀位姿进行5次平移运动，即可实现结构光手眼三维测量系统的摄像机内参数K，手眼矩阵R、t和线结构光平面方程w的标定；整个方法包括以下几个模块：给定机器人一个初始位姿，将标定工件放置在摄像机视野区域I0中，采集一幅图像，提取三角形工件的三个角点作为标定特征像点m_0i(i=1,2,3)，而后精确控制机器人进行5次平移运动，分别为，并在每次运动后拍摄包含标定特征点的图像，提取图像特征像点m _1i~m_5i;根据结构光手眼测量系统中特征像点运动前后关系，建立每个特征点关于摄像机内参数K和手眼矩阵旋转部分R的最小二程方程，标定出摄像机内参数K和手眼矩阵旋转部分R，同时得到三个特征点在摄像机坐标系的三维坐标X_C0i，进一步求解三个点构成的平面方程;给定位姿，T₁位姿为在T₀位姿下的纯旋转运动，旋转矩阵为，可求解平面旋转后的方程；对场景中标定特征点取像，像点为m_6i，根据内参数矩阵求解像点在摄像机坐标系下深度信息未知的X_C1i，将其带入方程，得到各点三维坐标，依据结构光手眼关系方程构建手眼矩阵平移部分t和三个标定点在机器人末端坐标系坐标信息的线性方程，通过最小二程法求解；打开激光器分别在位姿T₀、T₁处拍摄带激光条图像提取激光条直线，拟合光条直线方程，两条直线即为光平面与特征点构成平面的交线，取直线上点并将其转换到摄像机坐标系，通过系列点在摄像机坐标系的坐标拟合光平面方程。