CN107449374A - 柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法 - Google Patents
柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107449374A CN107449374A CN201710542766.6A CN201710542766A CN107449374A CN 107449374 A CN107449374 A CN 107449374A CN 201710542766 A CN201710542766 A CN 201710542766A CN 107449374 A CN107449374 A CN 107449374A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- coordinate
- coordinate system
- galvanometer scanning
- scanning system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 title claims abstract description 98
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 36
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 33
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 9
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 5
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 241001460653 Vimba Species 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2518—Projection by scanning of the object
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
- G06T7/85—Stereo camera calibration
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10004—Still image; Photographic image
- G06T2207/10012—Stereo images
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法，系统包括激光振镜扫描系统、视觉定位装置和校准装置，校准装置为一块校准平板，校准平板的一面为间距已知的黑色圆形阵列标准模板图案，另一面为适合激光光斑成像的光滑平面。本发明提供的校准方法通过求得双目立体视觉系统坐标系与原振镜扫描系统标定结果所在坐标系的坐标转换关系，使得激光振镜扫描系统的标定结果在现场双目系统坐标系中同样适用，从而完成激光振镜扫描系统的现场校准，该校准方法操作过程简单、耗时短，并且校准精度高、稳定性强，借助该校准方法可极大提高视觉辅助激光振镜扫描系统在现场使用的灵活性与可操作性。
Description
技术领域
本发明涉及振镜扫描系统标定领域，具体是一种柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法。
背景技术
借助激光振镜扫描系统可以实现激光定位投影与激光三维测量，因此被广泛运用在航空制造航空制造领域，如飞机零部件装配、复合材料铺层、图案喷涂等方面。通常激光振镜扫描系统在使用前都需要进行标定，即标定激光振镜扫描系统自身扫描头的偏转量与出射激光束方位向量之间的关系与标定激光振镜扫描系统与被扫描对象之间的位姿关系。将视觉测量与激光振镜扫描系统相结合组成视觉辅助激光振镜扫描系统是目前有效解决激光振镜扫描系统标定问题方式之一，但在系统标定完成后视觉系统与激光振镜扫描系统的相对位置关系是固定的。当现场出现被扫描对象的位置发生变化或在激光扫描路径上出现遮挡等情况时，需要移动视觉辅助激光振镜扫描系统的位置或更换视觉系统的镜头，此时系统就需要重新标定。为了获得较高的系统标定精度，需要进行大量的数据采样，所以视觉辅助激光振镜扫描系统的标定过程很耗时，所以系统的重新标定大大降低了该系统在现场应用的可适性与效率。
为了提高视觉辅助激光振镜扫描系统在现场的可适用性，视觉测量系统与激光振镜扫描系统之间的布局应该是柔性的，即两者的相对位置关系可以根据现场情况进行调整，并且视觉系统的相机镜头也可以根据现场被扫描对象距视觉测量系统的远近进行更换。视觉测量系统与激光振镜扫描系统之间采用柔性布局以后，每次现场应用时将会导致上次的标定结果不再适用，因而为了避免重复的系统标定工作，可以对视觉辅助激光振镜扫描系统进行一个现场校准，使得之前的标定结果能在新的视觉系统坐标系下同样适用。因此，快速、准确的完成激光振镜扫描系统的现场校准是确柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统能够在不同现场环境下得以高效应用的关键技术难题。
发明内容
本发明针对传统视觉辅助激光振镜扫描系统在不同现场环境应用中可适性不强与效率低的问题，提供了一种柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法,该系统可以依据现场应用时的不同情况调整视觉测量系统与激光振镜扫描系统的相对位置，并且视觉系统地相机镜头可以根据现场被扫描对象距视觉测量系统的远近进行更换，从而达到增强系统可适性的效果。并且利用该系统可以准确地求出现场双目系统坐标系下某个具体的输入数字控制信号对应的出射光方位向量。
本发明提供了一种柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统，包括激光振镜扫描系统、视觉定位装置和校准装置；
所述的视觉定位装置为一个双目立体视觉系统；
所述的激光振镜扫描系统包括一个激光扫描振镜、一个激光发射器、一个控制板卡、一个电脑主机；
所述的双目立体视觉系统包括左、右两个工业相机、相机固定装置、与振镜扫描系统共用的电脑主机；
所述的校准装置为一块校准平板，校准平板的一面为间距已知的黑色圆形阵列标准模板图案，另一面为适合激光光斑成像的光滑平面。
本发明还提供了一种柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统的现场校准方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，依据现场需要进行激光定位投影的区域的幅面大小以及双目立体视觉系统相对投影区域的远近选择合适的相机镜头，并通过调节相机固定装置与镜头调焦装置使得被投影区域清晰的出现在两相机公共视场的中央区域；
步骤二，标定调节好的双目立体视觉系统，并将标定参数保存；
步骤三，通过向激光振镜扫描系统输入一系列数字控制信号Dk,k＝1,2,…N，使得激光振镜扫描系统在双目立体视觉系统的视场中投射出由N条激光线lk,k＝1,2,…N，构成的激光束；
步骤四，将校准装置中的平板放置在激光束投射覆盖区域内，并让喷有哑光漆的光面面向相机，沿激光投射方向移动平板，在激光束投射覆盖区域前后两个位置处形成两个具有N个光斑的光斑点阵，同时控制双目立体视觉系统拍摄平板上形成的光斑点阵，记左右相机在位置1处拍摄到的光斑点阵图像为与在位置2处拍摄到的光斑点阵图像为与
步骤五，根据步骤四拍摄到的图像与由双目立体视觉算法计算得到两个不同位置处平板上的光斑点阵中第k个数字控制信号Dk对应的光斑中心在双目系统坐标系下的空间坐标与
步骤六，根据激光振镜系统模型，计算出步骤三中输入的控制数字信号Dk,k＝ 1,2,…N在原激光振镜系统坐标系A中的激光射线向量其中表示激光射线方向向量，表示激光射线经过的一点空间坐标；
步骤七，记现场所使用的双目立体视觉系统的坐标系为B，坐标系A相对于坐标系B的旋转矩阵为R，根据步骤五中获得的坐标系B中的空间点坐标与旋转矩阵R可以表示出控制数字信号Dk所对应的激光射线在坐标系B中的射线向量为其中方向向量再通过对目标函数进行优化求解，估计出坐标系A相对于坐标系B的旋转矩阵R 的初值R0，其中坐标系B中的空间点坐标到控制数字信号Dk所对应的激光射线的距离
步骤八，令坐标系A的原点在坐标系B中的坐标为T＝(X,Y,Z)T，控制数字信号Dk在坐标系B中所对应的激光射线向量中经过的一点空间坐标在坐标系B中激光射线向量过点构建方程组当k＝1,2,…N变化共得到N个类似的方程组，联立这N个方程组求最小二乘解得到T的初值T0；
步骤九，构造目标函数利用步骤七中求出的旋转矩阵R0与步骤八中求出的平移向量初值T0作为优化目标函数时旋转矩阵与平移向量的初值，估计出坐标系A相对于坐标系B之间的转换关系R与T，其中 借助求出的坐标系转换关系R与T,便确定了控制数字信号Dk对应的激光射线在现场双目立体视觉系统坐标系B中的向量为其中方向向量射线上一点空间坐标
步骤十，将自主设计的校准平板放置在双目相机视场中央，并让印有黑色圆形阵列标准模板图案的这一面面向相机，运用双目立体视觉算法计算得到图案中的黑色圆中心在坐标系B的空间坐标Ci,i＝1,2,…M，其中M为模板图案中黑色圆的总数，以控制数字量作为搜索初值，设置初始搜索步长为S进行递归搜索，直到黑色圆中心Ci到控制数字量Di对应的激光线距离不再减小时停止搜索，减小搜索步长至kS,0<k<1，重复上述搜索直到步长为1，按照此方式搜索得到投影出这M个黑色圆中心所需输入控制数字量的为Di,i＝1,2,…M；
步骤十一，向激光振镜扫描系统输入步骤十求出的一系列控制数字信号Di,i＝1,2,…M，可在模板图案中形成M个对应的光斑，运用双目立体视觉算法得到M个光斑在坐标系B中的空间坐标Gi,i＝1,2,…M，以步骤十求出的控制数字量Di为搜索初值，设置搜索步长为1进行递归搜索，直到模板图案中第i个黑色圆中心坐标Ci与对应的光斑空间坐标Gi的中心距di,i＝1,2,…M不再减小时停止搜索，按照此方式搜索得到经过第i个黑色圆中心的出射光对应的输入控制数字信号精确值Di′；
步骤十二，借助步骤十一求出的数字信号Di′可以得到一批精确经过模板图案中黑色圆心的出射光以步骤九求出的坐标转化关系为初值，通过优化目标函数其中黑色圆中心坐标Ci到控制数字信号Di′对应的激光出射光线距离 得到坐标系A到坐标系B的精确转化关系，由此转换关系，可得到任意的输入控制数字信号对应的激光线在现场双目立体视觉系统坐标系中的方位向量，从而完成视觉辅助激光振镜扫描系统的现场校准。
本发明有益效果在于：
(1)本发明的柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统可以依据现场应用时的不同情况调整视觉测量系统与激光振镜扫描系统的相对位置，并且视觉系统的相机镜头可以根据现场被扫描对象距视觉测量系统的远近进行更换，因此其可以应对现场应用时出现的各种情况，可适性得到了增强；
(2)本发明提出的柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法可以只借助一块平面标定板，就方便快捷地现场确定柔性布局的视觉测量系统与激光振镜扫描系统之间的位置姿态转换关系(R,T)，从而可利用已有的激光振镜扫描系统标定结果准确地求出双目系统坐标系下某个具体的输入数字控制信号对应的出射光方位向量，校准后的视觉辅助激光振镜扫描系统可直接应用于不同环境的现场应用中(例如激光定位投影、物体表面三维形貌测量)，从而实现了视觉辅助激光振镜扫描系统高效率、高精度的现场应用。
附图说明
图1为本发明柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统结构示意图；
图2为本发明柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法原理的示意图；
图3为本发明的柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法的步骤流程图；
图4为本发明柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法中使用标准模板图案；
图5为本发明柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法中模板图案中某个具体的黑色圆中心坐标与对应的光斑空间坐标的中心距；
图6为本发明柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法的某个具体实施例中双目立体视觉系统左右相机采集到的光斑点阵；
图7为本发明柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法的四个不同实施例中的双目立体视觉系统视场中黑色目标圆阵列激光投影效果。
具体实施方式
本发明提供一种柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其快速现场校准方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出的柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法是通过确定激光振镜扫描系统已有标定结果所在坐标系与现场布局中的双目立体视觉系统坐标系的坐标转换关系来达到激光振镜扫描系统快速现场校准的目的。
如图1所示，本发明的柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统与该系统的校准装置，柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统具体包括激光振镜扫描系统以及视觉定位装置，所述的视觉定位装置为一个双目立体视觉系统；所述的校准装置为一块自主设计的校准平板；
所述的激光振镜系统包含所述的激光振镜扫描系统包括一个激光扫描振镜、一个激光发射器、一个控制板卡、一个电脑主机。电脑主机提供的信号通过激光扫描振镜自带的驱动放大器驱动振镜上的两光学反射镜偏转，从而控制激光发射器发出的激光束的出射角度。双目视觉测量系统包含左右两个工业相机，分别为左相机、右相机，通过相机固定装置固定、电脑主机(与激光振镜扫描系统共用)。双目视觉测量系统用于拍摄激光振镜系统投射到平板上的激光光斑点阵图像与标准模板图案，并进而计算出光斑中心与模板图案中黑色目标圆圆心的三维坐标，为现场校准激光振镜扫描系统提供所需数据。校准装置为一块自主设计的校准平板，其中平板的一面为间距已知的黑色圆形阵列标准模板图案(如图4所示)，另一面为喷有哑光漆的光滑平面。该平板一面用于双目立体视觉系统获得标准模板图案图像，以便在双目系统坐标系下得到一批精确的点阵坐标；平板另一面用于在双目立体视觉系统视场中沿出射光方向移动至两个不同位置，从而形成两个光斑点阵图像，与标准模板图案图像。
如图2～6所示，本发明柔性结构布局的视觉辅助激光振镜扫描系统快速现场校准方法，具体步骤如下：
步骤一，依据现场需要进行激光定位投影的区域的幅面大小以及双目立体视觉系统相对投影区域的远近选择合适的相机镜头，并通过调节相机固定装置与镜头调焦装置使得被投影区域清晰的出现在两相机公共视场的中央区域；
步骤二，标定调节好的双目立体视觉系统，并将标定参数保存；
步骤三，通过向激光振镜扫描系统输入一系列数字控制信号Dk,k＝1,2,…N，使得激光振镜扫描系统在双目立体视觉系统的视场中投射出由N条激光线lk,k＝1,2,…N，构成的激光束；
步骤四，将校准装置中的平板放置在激光束投射覆盖区域内，并让喷有哑光漆的光面面向相机，沿激光投射方向移动平板，在激光束投射覆盖区域前后两个位置处形成两个具有N个光斑的光斑点阵，同时控制双目立体视觉系统拍摄平板上形成的光斑点阵，记左右相机在位置1处拍摄到的光斑点阵图像为与在位置2处拍摄到的光斑点阵图像为与
步骤五，根据步骤四拍摄到的图像与由双目立体视觉算法计算得到两个不同位置处平板上的光斑点阵中第k个数字控制信号Dk对应的光斑中心在双目系统坐标系下的空间坐标与
步骤六，根据激光振镜系统模型，计算出步骤三中输入的控制数字信号Dk,k＝ 1,2,…N在原激光振镜系统坐标系A中的激光射线向量其中表示激光射线方向向量，表示激光射线经过的一点空间坐标；
步骤七，记现场所使用的双目立体视觉系统的坐标系为B，坐标系A相对于坐标系B的旋转矩阵为R，根据步骤五中获得的坐标系B中的空间点坐标与旋转矩阵R可以表示出控制数字信号Dk所对应的激光射线在坐标系B中的射线向量为其中方向向量再通过对目标函数进行优化求解，估计出坐标系A相对于坐标系B的旋转矩阵R 的初值R0，其中坐标系B中的空间点坐标到控制数字信号Dk所对应的激光射线的距离
步骤八，令坐标系A的原点在坐标系B中的坐标为T＝(X,Y,Z)T，控制数字信号Dk在坐标系B中所对应的激光射线向量中经过的一点空间坐标在坐标系B中激光射线向量过点构建方程组当k＝1,2,…N变化共得到N个类似的方程组，联立这N个方程组求最小二乘解得到T的初值T0；
步骤九，构造目标函数利用步骤七中求出的旋转矩阵R0与步骤八中求出的平移向量初值T0作为优化目标函数时旋转矩阵与平移向量的初值，估计出坐标系A相对于坐标系B之间的转换关系R与T，其中 借助求出的坐标系转换关系R与T,便确定了控制数字信号Dk对应的激光射线在现场双目立体视觉系统坐标系B中的向量为其中方向向量射线上一点空间坐标
步骤十，将自主设计的校准平板放置在双目相机视场中央，并让印有黑色圆形阵列标准模板图案的这一面面向相机，运用双目立体视觉算法计算得到图案中的黑色圆中心在坐标系B的空间坐标Ci,i＝1,2,…M，其中M为模板图案中黑色圆的总数，以控制数字量作为搜索初值，设置初始搜索步长为S进行递归搜索，直到黑色圆中心Ci到控制数字量Di对应的激光线距离不再减小时停止搜索，减小搜索步长至kS,0<k<1，重复上述搜索直到步长为1，按照此方式搜索得到投影出这M个黑色圆中心所需输入控制数字量的为Di,i＝1,2,…M；
步骤十一，向激光振镜扫描系统输入步骤十求出的一系列控制数字信号Di,i＝1,2,…M，可在模板图案中形成M个对应的光斑，运用双目立体视觉算法得到M个光斑在坐标系B中的空间坐标Gi,i＝1,2,…M，以步骤十求出的控制数字量Di为搜索初值，设置搜索步长为1进行递归搜索，直到模板图案中第i个黑色圆中心坐标Ci与对应的光斑空间坐标Gi的中心距di,i＝1,2,…M不再减小时停止搜索，按照此方式搜索得到经过第i个黑色圆中心的出射光对应的输入控制数字信号精确值Di′；
步骤十二，借助步骤十一求出的数字信号Di′可以得到一批精确经过模板图案中黑色圆心的出射光以步骤九求出的坐标转化关系为初值，通过优化目标函数其中黑色圆中心坐标Ci到控制数字信号Di′对应的激光出射光线距离 得到坐标系A到坐标系B的精确转化关系，由此转换关系，可得到任意的输入控制数字信号对应的激光线在现场双目立体视觉系统坐标系中的方位向量，从而完成视觉辅助激光振镜扫描系统的现场校准。
优选实施例：
具体地，在某个具体的快速现场校准中，采用两个vimba MG 419B相机构成双目立体视觉系统，需要定位投影的模板图案距离双目系统2.5m，在此距离下根据模板图案的实际大小选取焦距为50mm镜头。双目系统调节好后，采用zhang的相机标定算法(Z. Zhang.Aflexible new technique for camera calibration)现场标定双目系统，标定参数如下：
左相机内参：
右相机内参：
考虑到的左右相机畸变有一、二阶径向畸变与一、二阶切向畸变具体参数如下：
δL＝[0.001692373 1.600865 -0.007052864 0.0009698981]
δR＝[0.04421003 0.323322 -0.007741335 0.00369994434]
左相机坐标系到右相机坐标系的坐标转换如下：
T＝[362.3866133 0.01384602927 71.72984997]
双目系统标定好后，在双目视场中采集两组光斑点阵，其中一组如图6所示，通过上述校准方法中的步骤3-11得到原激光振镜扫描系统标定结果所在坐标系到双目系统坐标系的坐标转换，结果如下：
TA→B＝[2.22288909466 -9.923680344869 -106.50715907]
由此转换关系可使得激光振镜扫描系统的标定结果在现场双目系统坐标系中同样适用，借助该坐标转换与原激光振镜扫描系统标定结果得到的图4中的模板图案投影效果如图7(a)。为了测试本校准方法的稳定性与可适性，将模板图案转换一定角度再次进行投影，效果如图7(b)；两次改变双目系统与被投影对象的方位与距离，并且根据双目系统新的位置更换相应的镜头为焦距23mm与35mm后从新校准，得到两次模板图案的投影效果分别为图7(c)与图7(d)。并且为了测试校准的精度，分别计算了四组投影效果图中所有49个光斑中心与对应目标圆中心的一个整体中心距均方根误差，误差值如表1 所示。
为了验证校准精度，将图4中的模板图案作为投影对象
表1光斑中心与对应目标圆中心的一个整体中心距均方根误差
实施例中用到的激光振镜扫描系统原始标定结果是在35mm镜头双目立体视觉系统辅助下运用数据驱动方法标定所得，并且利用原标定结果对模板图案进行投影，得到的光斑中心与对应目标圆中心的一个整体中心距均方根误差为0.224mm。表一的数据显示在不同现场环境中运用本校准方法实现的模板图案投影效果与原始投影效果在精度上很接近，这表明本校准方法校准精度高，可适用性及稳定性强。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统，其特征在于：包括激光振镜扫描系统、视觉定位装置和校准装置；
所述的视觉定位装置为一个双目立体视觉系统；
所述的激光振镜扫描系统包括一个激光扫描振镜、一个激光发射器、一个控制板卡、一个电脑主机；
所述的双目立体视觉系统包括左、右两个工业相机、相机固定装置、与振镜扫描系统共用的电脑主机；
所述的校准装置为一块校准平板，校准平板的一面为间距已知的黑色圆形阵列标准模板图案，另一面为适合激光光斑成像的光滑平面。
2.一种柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统的现场校准方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，依据现场需要进行激光定位投影的区域的幅面大小以及双目立体视觉系统相对投影区域的远近选择合适的相机镜头，并通过调节相机固定装置与镜头调焦装置使得被投影区域清晰的出现在两相机公共视场的中央区域；
步骤二，标定调节好的双目立体视觉系统，并将标定参数保存；
步骤三，通过向激光振镜扫描系统输入一系列数字控制信号Dk,k＝1,2,…N，使得激光振镜扫描系统在双目立体视觉系统的视场中投射出由N条激光线lk,k＝1,2,…N，构成的激光束；
步骤四，将校准装置中的平板放置在激光束投射覆盖区域内，并让喷有哑光漆的光面面向相机，沿激光投射方向移动平板，在激光束投射覆盖区域前后两个位置处分别形成两个具有N个光斑的光斑点阵，同时控制双目立体视觉系统拍摄平板上形成的光斑点阵，记左右相机在位置一处拍摄到的光斑点阵图像为与在位置二处拍摄到的光斑点阵图像为与
步骤五，根据步骤四拍摄到的图像与由双目立体视觉算法计算得到两个不同位置处平板上的光斑点阵中第k个数字控制信号Dk对应的光斑中心在双目系统坐标系下的空间坐标与
步骤六，根据激光振镜扫描系统模型，计算出步骤三中输入的控制数字信号Dk,k＝1,2,…N在原激光振镜系统坐标系A中的激光射线向量其中表示激光射线方向向量，表示激光射线经过的一点空间坐标；
步骤七，记现场所使用的双目立体视觉系统的坐标系为B，坐标系A相对于坐标系B的旋转矩阵为R，根据步骤五中获得的坐标系B中的空间点坐标与旋转矩阵R可以表示出控制数字信号Dk所对应的激光射线在坐标系B中的射线向量为其中方向向量再通过对目标函数进行优化求解，估计出坐标系A相对于坐标系B的旋转矩阵R的初值R0，其中坐标系B中的空间点坐标到控制数字信号Dk所对应的激光射线的距离
步骤八，令坐标系A的原点在坐标系B中的坐标为T＝(X,Y,Z)T，控制数字信号Dk在坐标系B中所对应的激光射线向量中经过的一点空间坐标在坐标系B中激光射线向量过点构建方程组当k＝1,2,…,N变化共得到N个类似的方程组，联立这N个方程组求最小二乘解得到T的初值T0；
步骤九，构造目标函数利用步骤七中求出的旋转矩阵R0与步骤八中求出的平移向量初值T0作为优化目标函数时旋转矩阵与平移向量的初值，估计出坐标系A相对于坐标系B之间的转换关系R与T，其中 借助求出的坐标系转换关系R与T,便确定了控制数字信号Dk对应的激光射线在现场双目立体视觉系统坐标系B中的向量为其中方向向量射线上一点空间坐标
步骤十，将自主设计的校准平板放置在双目相机视场中央，并让印有黑色圆形阵列标准模板图案的这一面面向相机，运用双目立体视觉算法计算得到图案中的黑色圆中心在坐标系B的空间坐标Ci,i＝1,2,…,M，其中M为模板图案中黑色圆的总数，以控制数字量作为搜索初值，设置初始搜索步长为S进行递归搜索，直到黑色圆中心Ci到控制数字量Di对应的激光线距离不再减小时停止搜索，减小搜索步长至kS,0<k<1，重复上述搜索直到步长为1，按照此方式搜索得到投影出这M个黑色圆中心所需输入控制数字量的为Di,i＝1,2,…,M；
步骤十一，向激光振镜扫描系统输入步骤十求出的一系列控制数字信号Di,i＝1,2,…,M，在模板图案中形成M个对应的光斑，运用双目立体视觉算法得到M个光斑在坐标系B中的空间坐标Gi,i＝1,2,…,M，以步骤十求出的控制数字量Di为搜索初值，设置搜索步长为1进行递归搜索，直到模板图案中第i个黑色圆中心坐标Ci与对应的光斑空间坐标Gi的中心距di,i＝1,2,…,M不再减小时停止搜索，按照此方式搜索得到经过第i个黑色圆中心的出射光对应的输入控制数字信号精确值D′i；
步骤十二，借助步骤十一求出的数字信号D′i得到一批精确经过模板图案中黑色圆心的出射光以步骤九求出的坐标转化关系为初值，通过优化目标函数其中黑色圆中心坐标Ci到控制数字信号D′i对应的激光出射光线距离p2＝Ci，得到坐标系A到坐标系B的精确转化关系，由此转换关系，得到任意的输入控制数字信号对应的激光线在现场双目立体视觉系统坐标系中的方位向量，从而完成视觉辅助激光振镜扫描系统的现场校准。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710542766.6A CN107449374B (zh) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | 柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710542766.6A CN107449374B (zh) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | 柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107449374A true CN107449374A (zh) | 2017-12-08 |
| CN107449374B CN107449374B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=60488728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710542766.6A Active CN107449374B (zh) | 2017-07-05 | 2017-07-05 | 柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107449374B (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109373931A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-02-22 | 上海晶电新能源有限公司 | 一种太阳能热发电用光学设备反射面面形检测系统及方法 |
| CN109685744A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 西安铂力特增材技术股份有限公司 | 一种扫描振镜精度校正方法 |
| CN111872544A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-03 | 深圳市学而用科技有限公司 | 激光出光指示点的标定方法、装置和振镜同轴视觉系统 |
| CN112304568A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-02-02 | 光量信息科技(宁波)有限公司 | 一种基于光敏传感器的激光振镜标定系统及其标定方法 |
| CN112396661A (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-23 | 维嘉数控科技（苏州）有限公司 | 钻锣机视觉系统的校准方法、装置、钻锣机及存储介质 |
| CN112720469A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 北京工业大学 | 显微立体视觉用于三轴平移运动系统零点校准方法 |
| CN113175899A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-07-27 | 南京航空航天大学 | 相机与振镜结合的变视线系统三维成像模型及其标定方法 |
| CN113465543A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-10-01 | 西安交通大学 | 一种基于多目视觉和振镜激光扫描的三维测量系统及方法 |
| CN113744344A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-12-03 | 深圳市裕展精密科技有限公司 | 激光设备的标定方法、装置、设备及存储介质 |
| CN114054941A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-18 | 西安铂力特增材技术股份有限公司 | 振镜校准板及装置和振镜校准方法 |
| CN114608806A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-06-10 | 德特克(上海)数字技术有限责任公司 | 一种基于双目相机的激光振镜扫描系统的标定方法 |
| CN114636373A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-06-17 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于双目相机的激光振镜标定方法 |
| CN115737272A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-03-07 | 南京博视医疗科技有限公司 | 一种激光治疗系统的标定方法和装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040119833A1 (en) * | 2002-07-25 | 2004-06-24 | Duncan Donald D. | Three-dimensional context sensitive scanner |
| JP2010055099A (ja) * | 2009-09-25 | 2010-03-11 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置および画像形成装置 |
| CN101804521A (zh) * | 2010-04-15 | 2010-08-18 | 中国电子科技集团公司第四十五研究所 | 振镜系统校正装置及其校正方法 |
| CN106767526A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-31 | 西安知象光电科技有限公司 | 一种基于激光mems振镜投影的彩色多线激光三维测量方法 |
-
2017
- 2017-07-05 CN CN201710542766.6A patent/CN107449374B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040119833A1 (en) * | 2002-07-25 | 2004-06-24 | Duncan Donald D. | Three-dimensional context sensitive scanner |
| JP2010055099A (ja) * | 2009-09-25 | 2010-03-11 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置および画像形成装置 |
| CN101804521A (zh) * | 2010-04-15 | 2010-08-18 | 中国电子科技集团公司第四十五研究所 | 振镜系统校正装置及其校正方法 |
| CN106767526A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-31 | 西安知象光电科技有限公司 | 一种基于激光mems振镜投影的彩色多线激光三维测量方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 晏恒峰: "基于双视觉的激光振镜扫描系统", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109373931A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-02-22 | 上海晶电新能源有限公司 | 一种太阳能热发电用光学设备反射面面形检测系统及方法 |
| CN109685744A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 西安铂力特增材技术股份有限公司 | 一种扫描振镜精度校正方法 |
| CN109685744B (zh) * | 2018-12-29 | 2023-01-03 | 西安铂力特增材技术股份有限公司 | 一种扫描振镜精度校正方法 |
| CN112396661A (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-23 | 维嘉数控科技（苏州）有限公司 | 钻锣机视觉系统的校准方法、装置、钻锣机及存储介质 |
| CN112396661B (zh) * | 2019-08-13 | 2021-08-13 | 苏州维嘉科技股份有限公司 | 钻锣机视觉系统的校准方法、装置、钻锣机及存储介质 |
| CN111872544B (zh) * | 2020-07-31 | 2022-01-18 | 深圳市学而用科技有限公司 | 激光出光指示点的标定方法、装置和振镜同轴视觉系统 |
| CN111872544A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-03 | 深圳市学而用科技有限公司 | 激光出光指示点的标定方法、装置和振镜同轴视觉系统 |
| CN112304568A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-02-02 | 光量信息科技(宁波)有限公司 | 一种基于光敏传感器的激光振镜标定系统及其标定方法 |
| CN112720469A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 北京工业大学 | 显微立体视觉用于三轴平移运动系统零点校准方法 |
| CN113175899A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-07-27 | 南京航空航天大学 | 相机与振镜结合的变视线系统三维成像模型及其标定方法 |
| CN113465543A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-10-01 | 西安交通大学 | 一种基于多目视觉和振镜激光扫描的三维测量系统及方法 |
| CN113744344A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-12-03 | 深圳市裕展精密科技有限公司 | 激光设备的标定方法、装置、设备及存储介质 |
| CN113744344B (zh) * | 2021-08-18 | 2023-09-08 | 富联裕展科技(深圳)有限公司 | 激光设备的标定方法、装置、设备及存储介质 |
| CN114054941A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-18 | 西安铂力特增材技术股份有限公司 | 振镜校准板及装置和振镜校准方法 |
| CN114608806A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-06-10 | 德特克(上海)数字技术有限责任公司 | 一种基于双目相机的激光振镜扫描系统的标定方法 |
| CN114636373A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-06-17 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于双目相机的激光振镜标定方法 |
| CN115737272A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-03-07 | 南京博视医疗科技有限公司 | 一种激光治疗系统的标定方法和装置 |
| CN115737272B (zh) * | 2022-11-16 | 2023-09-29 | 南京博视医疗科技有限公司 | 一种激光治疗系统的标定方法和装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107449374B (zh) | 2023-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107449374A (zh) | 柔性布局的视觉辅助激光振镜扫描系统及其现场校准方法 | |
| CN107014312B (zh) | 一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法 | |
| CN106056587B (zh) | 全视角线激光扫描三维成像标定装置及方法 | |
| CN114266836B (zh) | 基于振镜相机的主动视觉三维标定方法、系统和设备 | |
| CN109859272B (zh) | 一种自动对焦双目摄像头标定方法及装置 | |
| CN105716542B (zh) | 一种基于柔性特征点的三维数据拼接方法 | |
| US8223208B2 (en) | Device and method for calibrating an imaging device for generating three dimensional surface models of moving objects | |
| CN107680139B (zh) | 一种远心双目立体视觉测量系统的通用性标定方法 | |
| CN106949845A (zh) | 基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统及标定方法 | |
| CN109448054A (zh) | 基于视觉融合的目标分步定位方法、应用、装置及系统 | |
| CN113175899B (zh) | 相机与振镜结合的变视线系统三维成像模型及其标定方法 | |
| CN110827360B (zh) | 一种光度立体式测量系统及其标定光源方向的方法 | |
| CN112666703B (zh) | 基于多个激光振镜的空间曲线联合定位投影系统及其方法 | |
| CN113298886B (zh) | 一种投影仪的标定方法 | |
| CN112361989B (zh) | 一种通过点云均匀性考量测量系统标定参数的方法 | |
| CN114157852A (zh) | 一种基于旋转双棱镜的虚拟相机阵列三维成像方法及系统 | |
| CN113724337A (zh) | 一种无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法及装置 | |
| CN107478172B (zh) | 基于双目视觉的激光三维曲线轮廓定位投影方法 | |
| Li et al. | Calibration method of Risley-prism imaging system | |
| CN116051651A (zh) | 一种变视线成像系统的等效多目视觉模型及其标定方法 | |
| CN112272272B (zh) | 一种成像方法及其装置 | |
| CN108981609A (zh) | 一种复杂精铸件三维形貌测量方法 | |
| Tian et al. | Improvement of camera calibration accuracy based on periodic arrangement characteristics of calibration target pattern | |
| CN114666480B (zh) | 基于相位信息的组合成像系统入射光线逐像素标定方法及装置 | |
| CN118011421B (zh) | 基于激光雷达深度估计的经纬仪图像自动调焦方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |