CN110060306A - 一种三维空间异型曲面旋转标定实体模型及3d相机旋转标定方法 - Google Patents

一种三维空间异型曲面旋转标定实体模型及3d相机旋转标定方法 Download PDF

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CN110060306A CN201910300653.4A CN201910300653A CN110060306A CN 110060306 A CN110060306 A CN 110060306A CN 201910300653 A CN201910300653 A CN 201910300653A CN 110060306 A CN110060306 A CN 110060306A
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陈方
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Abstract

本发明提出一种三维空间异型曲面旋转标定实体模型及3D相机旋转标定方法,所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型包括弧形板和多个定位识别柱体，所述弧形板上设有多个等距的第一安装孔，所述第一安装孔与所述定位识别柱体数量一一对应，所述定位识别柱体部分收容在所述第一安装孔内并与所述弧形板固定连接；所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型易加工，只需普通机床进行车铣钻便可以加工完成，无需复杂的加工流程，生产成本低；所述3D相机旋转标定方法只需1台激光3D相机即可完成相机标定，而普通平面标定技术则需要3台或3台以上的激光3D相机，或者通过三次或三次以上扫描然后再拼接图像，相比于普通平面标定技术成本更低，效率更快。

Description

一种三维空间异型曲面旋转标定实体模型及3D相机旋转标定 方法
技术领域
本发明涉及相机标定领域，主要为相机标定空间异型曲面的标定，尤其涉及一种三维空间异型曲面旋转标定实体模型及3D相机旋转标定方法。
背景技术
目前在3D视觉领域里，3D标定技术普遍是平面标定，即相机水平扫描目标物体，但物体是空间三维的形式存在的，所以相机无法一次把物体的各个侧面成像出来，或者需要多台相机组合成像后再拼接，再或者需要单台相机多次扫描成像后再拼接，这种技术会导致扫描时间长或、成本高、拼接损失精度，而且这样会大大增加技术难点，增加开发时间及调试时间。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种无需图像拼接、只需一台激光3D相机即可完成相机标定的三维空间异型曲面旋转标定实体模型及3D相机旋转标定方法。
本发明通过以下技术方案实现的：
本发明提出一种三维空间异型曲面旋转标定实体模型，用于相机标定，所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型包括：弧形板和多个定位识别柱体，所述弧形板上设有多个等距的第一安装孔，所述第一安装孔与所述定位识别柱体数量一一对应，所述定位识别柱体部分收容在所述第一安装孔内并与所述弧形板固定连接。
进一步的，所述弧形板设有拱形面和定位槽；所述定位槽位于所述拱形面的中央。
进一步的，所述定位识别柱体上设有定位孔，所述定位孔贯穿所述定位识别柱体。
进一步的，所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型还包括底部安装结构；所述底部安装结构与所述弧形板固定连接，所述底部安装结构上还设有贯穿所述底部安装结构的第二安装孔。
一种3D相机旋转标定方法，包括如权利要求1-4所述的三维空间异型曲面旋转标定实体模型，所述3D相机旋转标定方法包括以下步骤：
S1：通过螺丝与所述第二安装孔配合将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型安装在工作台上；
S2：使激光3D相机的激光线与所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的圆柱轴心重合，并且保证所述激光3D相机的视野范围囊括所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型；
S3：使所述激光3D相机绕着所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的圆柱轴心旋转扫描并采集成像图；
S4：软件算法根据所述成像图还原所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的实体原图，并计算出所述实体原图3D空间中原图的三维坐标，所述实体原图为点云图，所述点云图的每个点都有唯一对应的(x,y,z)坐标，然后通过所述实体原图的形状提算出每一点的法向量，从而计算出所述点云图的每一点的(rx,ry,rz)坐标；
S5：使用定位机构的TCP尖端检测所述定位孔的(x,y,z)坐标，根据软件算法的要求，记录下多个所述定位孔的(x,y,z)坐标；
S6：软件算法结合所述点云图的(x,y,z)坐标和定位机构的TCP尖端检测所述定位孔的(x,y,z)坐标，通过软件算法运从而把所述点云图的(x,y,z)坐标转化成TCP的(x,y,z)坐标，而TCP的(rx,ry,rz)坐标完全由软件算法计算出，至此，激光3D相机完成标定动作。
进一步的，当完成S1-S6步骤完成后，即可将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型从工作台上拆下，将待检测的产品放置在工作台上，使用所述激光3D相机扫描待检测的产品即可得到待检测产品的定位坐标或检测数据。
本发明的有益效果：
1.本发明提出的三维空间异型曲面旋转标定实体模型易加工，只需普通机床进行车铣钻便可以加工完成，无需复杂的加工流程，生产成本低。
2.本发明提出的3D相机旋转标定方法只需1台激光3D相机即可完成相机标定，而普通平面标定技术则需要3台或3台以上的激光3D相机，或者通过三次或三次以上扫描然后再拼接图像，相比于普通平面标定技术成本更低，效率更快。
3.本发明提出的3D相机旋转标定方法操作简单，只需要使用激光3D相机绕着三维空间异型曲面旋转标定实体模型的圆柱轴心扫描一遍。
4.本发明提出的3D相机旋转标定方法的数据准确性更高，与普通3激光3D相机平面标定技术进行对比，本发明提出的3D相机旋转标定方法不需要拼接图片即可得出物体的三维图像，因此不会因拼接而丢失精度，保证数据的准确性。
附图说明
图1为本发明的三维空间异型曲面旋转标定实体模型的分解图；
图2为本发明的三维空间异型曲面旋转标定实体模型的立体图；
图3为本发明的3D相机旋转标定方法的点云图；
图4为本发明的3D相机旋转标定方法的另一方向的点云图。
具体实施方式
为了更加清楚、完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
请参考图1至图4本发明提出一种三维空间异型曲面旋转标定实体模型，用于相机标定，所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型包括：弧形板10和多个定位识别柱体20，所述弧形板10上设有多个等距的第一安装孔11，所述第一安装孔11与所述定位识别柱体20数量一一对应，所述定位识别柱体20部分收容在所述第一安装孔11内并与所述弧形板10固定连接。
在本实施方式中，所述弧形板10为半圆弧板，所述定位识别柱体20的数量为21个，所述定位识别柱体20等距的安装在所述弧形板10上，通过多个所述定位识别柱体20来确定坐标及方向，从而得出坐标的X、Y、Z三轴的方向，再根据激光3D相机扫面出的点云图便可得出对应面上的法向量，便可得出三维空间的(x,y,z,rx,ry,rz)坐标；所述定位识别柱体20的直径与所述第一安装孔11的直径相匹配，方便所述定位识别柱体20的安装；所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型易加工，只需普通机床进行车铣钻便可以加工完成，无需复杂的加工流程，只需普通机床便能满足所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的精度要求，生产成本低。
进一步的，所述弧形板10设有拱形面12和定位槽13；所述定位槽13位于所述拱形面12的中央。
在本实施方式中，所述定位槽13位于所述拱形面12的中央，所述定位槽13用于定位作用，通过所述定位槽13能够准确的在所述弧形板10上加工出等距的多个所述第一安装孔11；另外需要将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型安装到外部的工作台上时，通过所述定位槽13精准的定位能够准确将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型安装到外部的工作台上。
进一步的，所述定位识别柱体20上设有定位孔21，所述定位孔21贯穿所述定位识别柱体20。
在本实施方式中，所述定位识别柱体20上设有定位孔21，每个所述定位孔21都决定了一个机械坐标，构成了单一的方向，单一的方向对三维空间中的成像具有重要作用；当所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型安装到外部的工作台上时，所述定位孔21的位置是确定并且唯一的；当使用所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型进行相机标定时，使用定位机构的TCP尖端检测所述定位孔21的(x,y,z)坐标，满足相机标定的需求。
进一步的，所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型还包括底部安装结构30；所述底部安装结构30与所述弧形板10固定连接，所述底部安装结构30上还设有贯穿所述底部安装结构30的第二安装孔31。
在本实施方式中，通过所述底部安装结构30能够将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型平稳的放置在外部工作台上，通过外部螺丝与所述第二安装孔31配合能够将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型牢固的安装到外部工作台上。
请参考图3和图4，一种3D相机旋转标定方法，包括如权利要求1-4所述的三维空间异型曲面旋转标定实体模型，所述3D相机旋转标定方法包括以下步骤：
S1：通过螺丝与所述第二安装孔配合将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型安装在工作台上；
S2：使激光3D相机的激光线与所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的圆柱轴心重合，并且保证所述激光3D相机的视野范围囊括所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型；
S3：使所述激光3D相机绕着所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的圆柱轴心旋转扫描并采集成像图；
S4：软件算法根据所述成像图还原所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的实体原图，并计算出所述实体原图3D空间中原图的三维坐标，所述实体原图为点云图，所述点云图的每个点都有唯一对应的(x,y,z)坐标，然后通过所述实体原图的形状提算出每一点的法向量，从而计算出所述点云图的每一点的(rx,ry,rz)坐标；
S5：使用定位机构的TCP尖端检测所述定位孔的(x,y,z)坐标，根据软件算法的要求，记录下多个所述定位孔的(x,y,z)坐标；
S6：软件算法结合所述点云图的(x,y,z)坐标和定位机构的TCP尖端检测所述定位孔的(x,y,z)坐标，通过软件算法运从而把所述点云图的(x,y,z)坐标转化成TCP的(x,y,z)坐标，而TCP的(rx,ry,rz)坐标完全由软件算法计算出，至此，激光3D相机完成标定动作。
在本实施方式中，步骤S3的法操作简单，只需要使用激光3D相机绕着三维空间异型曲面旋转标定实体模型的圆柱轴心扫描一遍；
图3和图4为所述激光3D相机扫描所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的点云图，所述点云图的成像面成一张平面，而且该平面的rx、ry非常小；标定完一次后形成标准的标定流程，第二次便可自动进行标定；
所述3D相机旋转标定方法只需1台激光3D相机即可完成相机标定，而普通平面标定技术则需要3台或3台以上的激光3D相机，再或者通过三次或三次以上扫描然后再拼接图像，相比于普通平面标定技术成本更低；
3D相机旋转标定方法的数据准确性更高，与普通3激光3D相机平面标定技术进行对比，本发明提出的3D相机旋转标定方法不需要拼接图片即可得出物体的三维图像，因此不会因拼接而丢失精度，保证数据的准确性。
进一步的，当完成S1-S6步骤完成后，即可将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型从工作台上拆下，将待检测的产品放置在工作台上，使用所述激光3D相机扫描待检测的产品即可得到待检测产品的定位坐标或检测数据。
在本实施方式中，待检测的产品的轮廓不能超出所述激光3D相机的扫描范围。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

Claims (6)

1.一种三维空间异型曲面旋转标定实体模型，用于相机标定，其特征在于，所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型包括：弧形板和多个定位识别柱体，所述弧形板上设有多个等距的第一安装孔，所述第一安装孔与所述定位识别柱体数量一一对应，所述定位识别柱体部分收容在所述第一安装孔内并与所述弧形板固定连接。
2.根据权利要求1所述的三维空间异型曲面旋转标定实体模型，其特征在于，所述弧形板设有拱形面和定位槽；所述定位槽位于所述拱形面的中央。
3.根据权利要求1所述的三维空间异型曲面旋转标定实体模型，其特征在于，所述定位识别柱体上设有定位孔，所述定位孔贯穿所述定位识别柱体。
4.根据权利要求1所述的三维空间异型曲面旋转标定实体模型，其特征在于，所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型还包括底部安装结构；所述底部安装结构与所述弧形板固定连接，所述底部安装结构上还设有贯穿所述底部安装结构的第二安装孔。
5.一种3D相机旋转标定方法，包括如权利要求1-4所述的三维空间异型曲面旋转标定实体模型，其特征在于，所述3D相机旋转标定方法包括以下步骤：
S1：通过螺丝与所述第二安装孔配合将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型安装在工作台上；
S2：使激光3D相机的激光线与所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的圆柱轴心重合，并且保证所述激光3D相机的视野范围囊括所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型；
S3：使所述激光3D相机绕着所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的圆柱轴心旋转扫描并采集成像图；
S4：软件算法根据所述成像图还原所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型的实体原图，并计算出所述实体原图3D空间中原图的三维坐标，所述实体原图为点云图，所述点云图的每个点都有唯一对应的(x,y,z)坐标，然后通过所述实体原图的形状提算出每一点的法向量，从而计算出所述点云图的每一点的(rx,ry,rz)坐标；
S5：使用定位机构的TCP尖端检测所述定位孔的(x,y,z)坐标，根据软件算法的要求，记录下多个所述定位孔的(x,y,z)坐标；
S6：软件算法结合所述点云图的(x,y,z)坐标和定位机构的TCP尖端检测所述定位孔的(x,y,z)坐标，通过软件算法运从而把所述点云图的(x,y,z)坐标转化成TCP的(x,y,z)坐标，而TCP的(rx,ry,rz)坐标完全由软件算法计算出，至此，激光3D相机完成标定动作。
6.根据权利要求5所述的3D相机旋转标定方法，其特征在于，当完成S1-S6步骤完成后，即可将所述三维空间异型曲面旋转标定实体模型从工作台上拆下，将待检测的产品放置在工作台上，使用所述激光3D相机扫描待检测的产品即可得到待检测产品的定位坐标或检测数据。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112985303A (zh) * 2021-03-02 2021-06-18 东南大学 一种多相机拍摄的疲劳裂纹三维测量系统和方法
CN116129331A (zh) * 2023-04-12 2023-05-16 成都航空职业技术学院 一种回转体零件表面通孔个数统计方法及装置

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