[发明专利]一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法

摘要

本发明面向工业机器人搬运轮胎应用中的目标定位问题，提出了一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法：设计了一种十字形图案结构光；利用CCD相机采集有结构光的轮胎图像和无结构光的轮胎图像，进而得到只有结构光的图像；对结构光图像进行滤波，抑制图像中的噪声；对滤波后的图像进行边缘检测，提取结构光边缘；对边缘图像进行多次膨胀、腐蚀操作，平滑轮廓；在膨胀、腐蚀后的图像中提取水平、垂直结构光曲线段；确定胎冠上的结构光曲线段，进而得到胎冠内圆4个点的图像坐标；将4个点的图像坐标转换为三维空间坐标，并利用几何关系计算轮胎中心的三维坐标。本发明可以实现轮胎三维坐标的在线、实时、自动、非接触测量，测量速度快、系统柔性好、精度适中。

主权项

1.一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，用于实现轮胎位置的测量，其特征在于，包括以下步骤：利用CCD相机采集有结构光的轮胎图像和无结构光的轮胎图像，进而得到只有结构光的图像；对结构光图像进行滤波，抑制图像中的噪声；对滤波后的图像进行边缘检测，提取结构光边缘；对边缘图像进行多次膨胀、腐蚀操作，得到平滑轮廓的图像；在膨胀、腐蚀后的图像中提取水平、垂直结构光曲线段；确定胎冠上的结构光曲线段，进而得到胎冠内圆4个点的图像坐标，包括以下步骤：胎冠上的结构光曲线段长度PointNum满足以下条件：Point Num＞LineLenMin   (11)式中，LineLenNum是预设常数；设(x1,y1)是胎冠左边水平结构光曲线段的终点坐标，(x2,y2)是胎冠右边水平结构光曲线段的起点坐标，(x3,y3)是胎冠上边垂直结构光曲线段的终点坐标，(x4,y4)是胎冠下边垂直结构光曲线段的起点坐标，则应满足以下条件：x1＜W/2‑ForbidRafius   (12)x2＜W/2+ForbidRafius   (13)y3＜H/2‑ForbidRafius   (14)y4＜H/2+ForbidRafius   (15)式中，W是图像的宽度，H是图像的高度，ForbidRafius是预设常数，(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)即为胎冠内圆4个点的图像坐标；将4个点的图像坐标转换为三维空间坐标，并利用几何关系计算轮胎中心的三维坐标，包括以下步骤：考虑摄像头一阶径向畸变，畸变图像坐标为(xd,yd)，理想图像坐标为(xu,yu)，则xu＝xd(1+k1r2)   (16)yu＝yd(1+k1r2)   (17)式中，k₁为径向畸变系数，三维摄像机坐标(xc,yc,zc)到理想图像坐标(xu,yu)的转换为：式中，f为摄像机的有效焦距，ρ为比例常数；世界坐标(xw,yw,zw)到摄像机坐标(xc,yc,zc)的转换为：式中，R是3×3的旋转矩阵，由坐标旋转角α、β、γ决定，T是平移矢量，R和T分别决定了摄像机的方向和位置。