基于機器人系統的線(xiàn)結構光視覺(jué)傳感器標定新方法

　　引 言

　　線(xiàn)結構光視覺(jué)測量技術(shù)的重要意義在于能夠將實(shí)物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，為實(shí)物數字化提供了相當方便快捷的手段。線(xiàn)結構光視覺(jué)測量的關(guān)鍵技術(shù)之一就是線(xiàn)結構視覺(jué)傳感器模型的獲取，即標定問(wèn)題。標定的精度直接影響線(xiàn)結構光視覺(jué)傳感器的測量精度，而確定標定特征點(diǎn)的三維實(shí)際坐標與對應的二維圖像坐標是標定問(wèn)題的關(guān)鍵。在滿(mǎn)足準確度的情況下，如何方便、準確地確定特征點(diǎn)坐標及準確求解傳感器模型參數是視覺(jué)測量系統標定的重要內容。

　　目前，針對獲取標定點(diǎn)的主要方法有拉絲法、鋸齒靶法。、交比不變法等。但這些方法都存在著(zhù)一些問(wèn)題，如，獲取的標定點(diǎn)數目少、特征點(diǎn)圖像坐標提取困難、標定過(guò)程復雜等。為了方便、準確地得到傳感器的模型，本文提出了一種新的基于一維圓靶的線(xiàn)結構光視覺(jué)傳感器標定特征點(diǎn)獲取方法，該方法不需要額外對光平面進(jìn)行標定，通過(guò)一維圓靶和機械手臂的運動(dòng)獲取一系列光平面上的特征點(diǎn)。傳感器模型參數的求解是在對Tsai兩步法簡(jiǎn)化的基礎上，獲得一種線(xiàn)性求解攝像機內部參數的簡(jiǎn)單算法。從特征點(diǎn)的提取到傳感器模型參數的求解本文提出的方法都大大提高了效率，降低了標定的時(shí)間，且標定精度較高，為機器人三維激光測量系統的研制開(kāi)發(fā)奠定了理論基礎。

　　1 機器人三維激光測量系統的組成與測量原理

　　如圖1所示，機器人三維激光測量系統由半導體線(xiàn)式激光器、激光控制器、CCD攝像機、圖像采集卡、計算機、六自由度機械手臂、電機運動(dòng)控制卡和待測工件組成，其中，半導體線(xiàn)式激光器用于發(fā)射激光線(xiàn)到待測工件表面，激光控制器用于調整激光的強度，其光線(xiàn)在CCD攝像機上成像，圖像采集卡用于接收攝像機送出的視頻信號，并將其轉換為數字信號送入計算機，再由計算機對采集的圖像進(jìn)行圖像處理，提取激光線(xiàn)的二維信息，通過(guò)標定得到的線(xiàn)結構光視覺(jué)傳感器的數學(xué)模型，計算工件的深度和縱向信息，再由六自由度機器人帶動(dòng)激光器和攝像機作橫向運動(dòng)，通過(guò)計算機對電機運動(dòng)控制卡的信息提取得到橫向信息，從而得到與激光條紋圖像信息匹配的工件表面的三維空間坐標。

　　2 線(xiàn)結構光視覺(jué)傳感器標定原理

　　2.1 標定點(diǎn)數據獲取方法

　　為了準確獲取標定特征點(diǎn)，這里，設計了一為光平面對準特殊設計的圓陣列平面標靶，標靶采用精密光刻的一排間隔為3 mm的圓圖案的玻璃板，圓陣列兩側分別刻了2條過(guò)圓心軸的校準線(xiàn)，此標靶精度達到