CN106871785A - 一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法，其特征在于，先对相机内参进行标定，获得平面参数，根据针孔摄像机模型的透视投影关系，激光测距仪或移位传感器测量相机到被测物体的距离，并发送给视觉系统调整后拍照，通过图像处理，计算获得被测物尺寸。通过上述方式，本系统可以不使用相对昂贵的2D激光传感器而是采用视觉实现“动态标定”。系统根据被测物体到相机的不同距离，实现从平面到实际空间坐标的映射，完成尺寸的测量。

Description

一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法

技术领域

本发明涉及平面测量技术领域，特别涉及一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法。

背景技术

在利用视觉系统对工件二维尺寸的测量过程中，通常需要对带测平面进行标定。这个过程的一个目的就是找到一个齐次变换矩阵,将橡平面中的坐标系映射到三维世界坐标系中。这个关系通常可用相机的6个外参表示，即旋转矩阵R包括X、Y、Z轴的旋转角度及位移矩阵T包括X、Y、Z方向上的位移。

对于二维尺寸的测量，单相机的视觉系统只能对标定的平面进行测量，即系统需要已知相机外参。若相机到测量平面的距离未知，则无法形成准确的映射关系。此时若采用多目视觉的方法系统结构较复杂，而二维激光传感器成本较高，不适合一般应用。现想找到一种成本较低，满足一般精度需求，且容易实现的方法来实现对测量平面距离变化情况的解决方法。

发明内容

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先使用标定板对相机内参进行标定，并在与被测面平行的平面获得一组外参(R,T)，其中R为旋转矩阵参数，T为位移矩阵参数；

步骤2：当距离为Zc的被测面进入检测区后，激光测距仪或位移传感器可较精确的获得这个距离Zc,并将其发送给视觉系统，视觉系统调整焦距后对物体进行拍照；

步骤3：视觉系统收到这个距离后便可在没有标定板的情况下对被测面进行“再标定”：将Zc导入刚体转移矩阵H，获得H’,并由此得到像平面坐标系IPCS与世界坐标系WCS两坐标系间的关系两坐标系的关系；

步骤4：进行图像处理，测量图像坐标系中待测区的相关而为尺寸信息，再将像素信息映射到世界坐标系中可得到真实的二位尺寸信息。

具体的：

所述刚体转移矩阵H用于描述相机相对于世界坐标系的位置，具体通过如下公式：

p^c＝^cH_w·p^w

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：该方法利用测距设备与普通工业相机，基于数学理论的方法，实现对不同深度二维平面的快速测量，解决了由于被测物尺寸不定带来的无法准确标定的问题。相对于2D激光传感器的解决方案，该方法可基于现有视觉系统升级实现，大大降低了系统成本，对一般精度需求的检测场合非常适用。系统结构简单，易于集成，且测距设备位置可根据实际情况调节，有较宽的工作范围。可被应用于钢材、家电、陶瓷、机械等行业。

附图说明

图1为本发明一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法的流程图。

图2是本发明实际测量过程中的关系图以及坐标关系。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，提供一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先使用标定板对相机内参进行标定，并在与被测面平行的平面获得一组外参(R,T)，其中R为旋转矩阵参数，T为位移矩阵参数；

步骤2：当距离为Zc的被测面进入检测区后，激光测距仪或位移传感器可较精确的获得这个距离Zc,并将其发送给视觉系统，视觉系统调整焦距后对物体进行拍照；

步骤3：视觉系统收到这个距离后便可在没有标定板的情况下对被测面进行“再标定”：将Zc导入刚体转移矩阵H，重新计算获得H’,并由此得到像平面坐标系IPCS与世界坐标系WCS两坐标系间的关系；

步骤4：进行图像处理，测量图像坐标系中待测区的相关而为尺寸信息，再将像素信息映射到世界坐标系中可得到真实的二位尺寸信息。

具体的：

标定理论中主要涉及了三个坐标系：世界坐标系(WCS)，相机坐标系(CCS)，像平面坐标系(IPCS)。根据针孔摄像机模型的透视投影关系，对于世界坐标系中的一点P^w(x^w,y^w,z^w)与其在相机坐标系的对应P^c(x^c,y^c,z^c)的关系为P^c＝RP^W+T，其中R,T分别为旋转参数和平移矩阵参数，所述刚体转移矩阵H用于描述相机相对于世界坐标系的位置，具体通过如下公式：

p^c＝^cH_w·p^w

下一步就是将p^c投影到u,v平面上，针对针孔相机模型，这是一个透视投影，有如下表示：

这里，f为焦距,z_c为物体到相机的距离。由此可以看出，针孔相机模型的标定过程会受物体到相机的距离影响。对于产线上的检测，由于被测物通常被放置在传送带上，且相机固定于被测面，对于流水线上深度不同物体的二维平面测量，X,Y,Z轴间不存在转动(α、β、γ恒定，在垂直于被测面时＝0),X,Y轴间不存在位移(可认为在视野中心或左上角，但系数是固定的)，因此，影响刚体转移矩阵H的只有距离z_c。

由于被侧面深度不同，由上面的推导可知，单一相机对某一平面的标定参数是无法应用于其他平面的。在用标定板标定某一测量平面后，从IPCS到WCS的映射只适用于这个平面,在本方法中，加入一个额外设备即可得到实际的z_c。由此便可获得被侧面的实际外参，被侧面的而为尺寸便可进行测量。

通过上述方式，本系统可以不使用相对昂贵的2D激光传感器而是采用视觉实现“动态标定”。系统根据被测物体到相机的不同距离，实现从平面到实际空间坐标的映射，完成二位平面尺寸的测量。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或简介运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先使用标定板对相机内参进行标定，并在与被测面平行的平面获得一组外参(R,T)，其中R为旋转矩阵参数，T为位移矩阵参数；

步骤2：当距离为Zc的被测面进入检测区后，激光测距仪或位移传感器可较精确的获得这个距离Zc,并将其发送给视觉系统，视觉系统调整焦距后对物体进行拍照；

步骤3：视觉系统收到这个距离后便可在没有标定板的情况下对被测面进行“再标定”：将Zc导入刚体转移矩阵H，重新计算获得H’,并由此得到像平面坐标系IPCS与世界坐标系WCS两坐标系间的关系；

步骤4：进行图像处理，测量图像坐标系中待测区的相关二维尺寸信息，再将像素信息映射到世界坐标系中可得到真实的二位尺寸信息，完成测量并重复步骤2，总不能被下一物体的测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的多深度二维平面尺寸测量方法，其特征在于：所述刚体转移矩阵H用于描述相机相对于世界坐标系的位置，具体通过如下公式：

$\begin{array}{c}{p}^c={H_c}_w\·p^w\\ H=\left[\begin{array}{cccc}& R& & T\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& \\ 0& 1& 0& T\\ 0& 0& 1& \\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}& & & 0\\ & R& & 0\\ & & & 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]=H\left(T\right)H\left(R\right)\end{array}.$