CN108322736A - 一种多个线阵相机绕视轴旋转角度校准的校准板和校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多个线阵相机绕视轴旋转角度校准的校准板和校准方法，所述校准板为白色背景，表面图案由一个圆形和一个与之相嵌的菱形组成，以圆形的直径为菱形的长轴，菱形分上下两层，分别用不同颜色填充。圆形用来判断相机扫描线是否与菱形长对角线重合；分层填充的菱形用来确定相机旋转调整的方向。本技术方案有益效果是：只需通过相机自带图像采集软件观察拍摄的校准板图像，便可确定相机旋转调整的方向以及相机扫描线与菱形长对角线的夹角α是否为零度，可快速实现相机扫描线共线校正，操作简单，调整精度高。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉检测系统中线阵相机校准领域，具体涉及一种多个线阵相机绕视轴旋转角度校准的校准板和校准方法。
技术背景
在机器视觉检测系统中，线阵CCD相机以其高分辨率、色彩型号齐全、扫描帧率可控等特点备受青睐，兼顾到检测精度和幅宽，在执行检测任务时需要多个线阵CCD相机拼接成像。
多个线阵相机联合检测，由于相机安装存在误差，特定工况下，其中一个线阵相机扫描线的扫描角度和相邻线阵相机扫描线的共线度很难保证，为了确保检测系统成像一致性，需要对相机空间姿态进行校准。
目前，线阵相机共线校准方法主要分为两类：静止校准法和运动校准法。静止校准法分为运用图像处理的静止校准法和无图像处理的静止校准法，如授权公告号为CN106023234A和CN105717124A提供的技术方案。而运动校准法多用到了图像处理技术，如授权公告号为CN103256916A、CN102523385A提供的技术方案。相对于运用图像处理的校准方法，无图像处理的静止校准方法更为直观，操作更简单，但授权公告号为CN105717124A提供的技术方案，依靠相机扫描线与线性光源的光线对准来实现相机姿态调整，其调整精度受到了一定限制。
本发明结合线阵相机成像特点，设计一种多个线阵相机共线校准板，运用静态校准法，可准确快速实现多个线阵相机的共线校准。
发明内容
本发明为了提高生产应用中多个线阵相机共线校准的速度和精度，提出了一种多个线阵相机绕视轴旋转角度校准的校准方法，提出了一种用于共线校准的校准板，利用校准板实现多个线阵相机扫描线的共线校准。解决了现有调整方法存在的操作复杂、调整精度难以保证等问题。
本发明为了实现上述目的，设计了一种用于多个线阵相机绕视轴旋转角度校准的校准板，所述校准板背景为白色，校准板表面为平面，校准板表面图案由一个圆形和一个与之相嵌的菱形组成，所述菱形长轴的长度和所述圆形的直径相等，所述菱形以长轴为分界线，分为上层区域A和下层区域B，所述上层域A和下层区域B分别用不同颜色填充；所述圆形的直径为线阵相机视场宽度的1/2-3/4，所述菱形的短对角线长度为长对角线长度的1/5-1。
如果使用彩色相机拍摄校准板表面图案则菱形上层区域A和下层区域B填充的颜色须有明显的区分度；如果用灰度相机拍摄校准板表面图案则菱形上层区域A和下层区域B填充的颜色转化为灰度图后须有明显的区分度。
在校准板平面内，校准板表面图案能够根据扫描角度的要求绕图形几何中心旋转任意角度。
一种多个线阵相机绕视轴旋转角度校准的校准方法，校准步骤如下：
步骤一、根据线阵相机扫描线对扫描角度的特定要求制定校准板；
步骤二、将校准板平面与被检测平面共面放置，线阵相机对校准板扫描成像；
步骤三、沿X轴调整线阵相机，观察线阵相机扫描线与菱形长对角线的交点p在相机物象图中的位置变化，将交点p从图像边缘移动到图像中心，使相机视轴与菱形长对角线相交；
步骤四、观察线阵相机物象，如果相机物象中有四条窄条纹，则绕Z轴转动相机，随着相机的转动，相机物象中的四条窄条纹合并为一条连续的宽条纹，则相机扫描线与菱形长对角线之间的夹角α调整为零度，此时相机扫描线与菱形长对角线共线；
步骤五、沿菱形长对角线方向平移校准板至另一个线阵相机视场内，重复操作步骤二、步骤三、步骤四，直至最后一架相机，调整多个线阵相机扫描线的共线度，实现所有线阵相机扫描线共线校准。
本发明的有益效果是：该校准板可以根据不同工况定制，校准板表面图案大小，由不同检测精度要求下相机视场大小确定，校准板图案可根据线阵相机扫描线扫描角度的要求旋转相应角度。在校准过程中，根据相机物象可直观判断出相机扫描线是否与菱形长对角线共线以及相机旋转调整的方向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中技术方案，下面将本发明中用到的附图进行简单的描述：
图1是线阵相机扫描线扫描角度为90°工况下相机校准布局结构示意图。
图2是线阵相机扫描线扫描角度为90°工况下校准板示意图。
图3(a)、3(b)是线阵相机视轴与菱形长对角线相偏离情况下，相机采集得到的图像示意图。
图4是线阵相机视轴与菱形长对角线相交情况下，相机采集得到的图像示意图。
图5是单个线阵相机扫描线与菱形长对角线共线时的示意图。
图6是线阵相机共线校准后相邻两个相机对校准板表面图案成像示意图。
图7是线阵相机扫描线扫描角度为45°工况下校准板示意图。
图8是线阵相机扫描线扫描角度为45°工况下相机校准布局结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述，实施例仅用于阐述本发明，便于相关领域技术人员综合理解本发明的细节，而不用于限制本发明的范围。在阅读本发明后，本领域技术人员对本发明做任何等价形式的修改属于本发明权利要求限定的范围之内。
如图1所示，本发明在线阵相机扫描线扫描角度为90°工况下校准技术方案布局结构示意图，其中1为校准板，2为被检测平面，由线阵相机3-1、线阵相机3-2和线阵相机3-3组成的线阵相机组，4为相机位姿调整装置，其中41为位移调整平台，可带动相机沿X轴方向平动，42为角度调整平台，可带动相机绕Z轴转动。由被检测精度要求以及被检测物宽度，确定线阵相机个数。
如图2所示，校准板为白色背景，校准板表面为平面，表面图案由一个圆形和一个与之相嵌菱形组成，菱形以长对角线为分界线，分为上层区域A和下层区域B，所述上层域A和下层区域B分别用不同颜色填充；所述圆形的直径为线阵相机视场宽度的1/2-3/4，所述菱形的短对角线长度为长对角线长度的1/5-1。
下面通过一个实例来说明本发明的校准技术：
某带状检测物宽为750mm，使用3台线阵相机进行联合检测，每台线阵相机成像视场均为260mm，相邻线阵相机扫描线相互重合10mm。要求线阵相机扫描线垂直于带状检测物运动方向进行检测，故定制如图2所示的校准板，校准板中圆的直径为182mm，菱形短对角线的长度为37mm，上层区域A和下层区域B分别用RGB格式下色号为100，100，100和色号为0，0，0的色彩填充。
将校准板与被检测平面重合，菱形长对角线与被检测物运动方向垂直，移动至线阵相机3-1视场内，若线阵相机所成图像如图3(a)或3(b)所示，相机扫描线与校准板图案有五个交点a、b、p、c、d和两条相交线段bp、pc，相机扫描线与菱形长对角线的交点p在相机物象的两侧，则相机视轴与菱形长对角线不相交，调节位移调整平台41，将交点p调整到相机物象中心，此时，相机视轴与菱形长对角线相交。
如图4所示，相机扫描线与菱形长对角线的交点p对应的物象p′在相机物象中心，则相机视轴与菱形长对角线相交。相机物象中4条条纹分别为a′、b′p′、p′c′、d′，条纹b′p′的宽度小于条纹p′c′宽的度不同(b′p′＜p′c′)，为了快速实现相机扫描线与菱形长对角线共线，应逆时针转动角度调整平台42，使相机3-1扫描线与菱形长对角线所成夹角α＝0°。此时，相机物象中4条窄条纹合并为一条连续的宽条纹a′d′，如图5所示，相机扫描线与菱形长对角线共线。
同理，将校准板沿菱形长对角线方向依次平移至相机3-2、相机3-3视场内，并对相机进行校准操作，分别使相机3-2和相机3-3的扫描线与校准板中菱形长对角线共线。至此，线阵相机组共线调整完成。此时，沿菱形长对角线方向平移校准板，使两个相邻线阵相机都可以对校准板表面图案成像，则所成图像如图6所示。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对本发明做任何限制，凡在本发明的精神和原则内做任何的修改、改进及等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于多个线阵相机绕视轴旋转角度校准的校准板，其特征在于，所述校准板背景为白色，校准板表面为平面，校准板表面图案由一个圆形和一个与之相嵌的菱形组成，所述菱形长轴的长度和所述圆形的直径相等，所述菱形以长轴为分界线，分为上层区域A和下层区域B，所述上层域A和下层区域B分别用不同颜色填充；所述圆形的直径为线阵相机视场宽度的1/2-3/4，所述菱形的短对角线长度为长对角线长度的1/5-1。
2.如权利要求1所述的校准板，其特征在于，如果使用彩色相机拍摄校准板表面图案则菱形上层区域A和下层区域B填充的颜色须有明显的区分度；如果用灰度相机拍摄校准板表面图案则菱形上层区域A和下层区域B填充的颜色转化为灰度图后须有明显的区分度。
3.如权利要求1所述的校准板，其特征在于，在校准板平面内，校准板表面图案能够根据扫描角度的要求绕图形几何中心旋转任意角度。
4.采用如权利要求1-3中任意一项所述的校准板实现多个线阵相机绕视轴旋转角度的校准方法，其校准步骤如下：
步骤一、根据线阵相机扫描线对扫描角度的特定要求制定校准板；
步骤二、将校准板平面与被检测平面共面放置，线阵相机对校准板扫描成像；
步骤三、沿X轴调整线阵相机，观察线阵相机扫描线与菱形长对角线的交点p在相机物象图中的位置变化，将交点p从图像边缘移动到图像中心，使相机视轴与菱形长对角线相交；
步骤四、观察线阵相机物象，如果相机物象中有四条窄条纹，则绕Z轴转动相机，随着相机的转动，相机物象中的四条窄条纹合并为一条连续的宽条纹，则相机扫描线与菱形长对角线之间的夹角α调整为零度，此时相机扫描线与菱形长对角线共线；
步骤五、沿菱形长对角线方向平移校准板至另一个线阵相机视场内，重复操作步骤二、步骤三、步骤四，直至最后一架线阵相机，调整多个线阵相机扫描线的共线度，实现所有线阵相机扫描线共线校准。
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