CN111197957A - 一种线结构光标定平台、使用方法及标定系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例属于视觉检测领域，涉及一种线结构光标定平台、使用方法及系统。本申请提供的技术方案包括底板、标定板、第一量具、第二量具及连接件；所述标定板设于所述底板上；所述第一量具、第二量具均通过连接件连接于所述底板远离所述标定板的一面，所述第一量具的高度大于所述第二量具，以使所述标定板与水平面形成倾角，采用标准化的测量器具，通过简单地组合，实现能够灵活通用地应用于多个不同场合的线结构光标定系统中，本平台无需再依据设备进行定制，利用已有且应用广泛的标准化器具，设计较少的元件，经过简单地组合就能适合广泛场合，通用型强，节省了大量定制时间，可多次重复利用，较大地节约了成本。

Description

一种线结构光标定平台、使用方法及标定系统

技术领域

本申请涉及视觉检测领域，更具体的说，特别涉及一种线结构光标定平台、使用方法及系统。

背景技术

目前，线结构光标定并没有一个通用的、具有权威性的方法和装置，现有的标定方法按实现原理主要分为三类：

1、基于矩阵变换的摄影测量法的标定装置：将投影仪视为逆相机或伪相机，通过建立投影仪和相机图案的对应关系将投影仪标定转换为成熟的相机标定，从而将结构光三维标定转换为经典的双目视觉系统。此方法建立在小孔成像的模型基础上，会引来较大的误差；

2、基于几何关系的三角测量法：根据系统的几何原理建立被测物高度与相机像素点、放置被测物前后像素点差、表征系统结构的参量(如基线长度等)之间的关系式，通过对不同深度平面的多次测量拟合出各构造参量。此方法主要不足在于对设备安装存在严格的约束，导致安装困难；

3、多项式拟合法：此方法假设被测物的深度(或深度的某种形式)可用放置被测物前后像素点相位差(或相位差的某种形式)的多项式表示，通过对不同深度平面的多次测量拟合出多项式的各项系数。其缺点在于标定过程需要特殊的硬件辅助设备(如特殊的平移装置)，成本高且辅助设备的精度会直接影响系统的标定精度，且要获得高精度必须采用复杂模型，相应的标定过程复杂，耗时长。

由于精度原因，实际中主要应用后两种标定方法，此两种标定方法所需要的平台多为定制非通用平台。现有技术中均是通过高精度加工得到适应其标定方法的特殊标定器具，不具有通用性。基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法所采用的标定装置存在对系统安装的约束性强、标定过程复杂等特性，导致其只适用于实验室环境，且目前已知的不同设备和标定方法均采用定制标定器具，通用性不强、设计制作周期长、定制成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线结构光标定平台，采用标准化的测量器具，通过简单地组合，实现能够灵活通用地应用于多个不同场合的线结构光标定系统中，本平台无需再依据设备进行定制，利用已有且应用广泛的标准化器具，设计较少的元件，经过简单地组合就能适合广泛场合，通用型强，节省了大量定制时间，可多次重复利用，较大地节约了成本。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：

一种线结构光标定平台，

包括底板、标定板、第一量具、第二量具及连接件；

所述标定板设于所述底板上；

所述第一量具、第二量具均通过连接件连接于所述底板远离所述标定板的一面，所述第一量具的高度大于所述第二量具，以使所述标定板与水平面形成倾角。

通过采用上述技术方案，采用标准化的测量器具，通过简单地组合，实现能够灵活通用地应用于多个不同场合的线结构光标定系统中，本平台无需再依据设备进行定制，利用已有且应用广泛的标准化器具，设计较少的元件，经过简单地组合就能适合广泛场合，通用型强，节省了大量定制时间，可多次重复利用，较大地节约了成本。

进一步地，所述第一量具包括量块及设于所述量块上的第一量柱，所述第一量柱的柱面与所述量块的端面相切，所述第二量具为第二量柱，所述第二量柱沿长度方向与所述第一量具平行。

通过采用上述技术方案，量块、量柱为机械设计中常用测量器具，选取不同的量块及量柱，经过简易组合即可形成通用的线结构光标定平台，能够适应不同高度的标定区间，通过测量器具的组合高度的调节能够得到标定范围的高度差，并且能够准确求得标定平台的角度。

进一步地，所述底板与连接件连接的一面设有安装结构，所述连接件通过所述安装结构安装于所述底板上，使得所述连接件的位置沿所述底板的长度方向可调。

通过采用上述技术方案，调整连接件在底板上的装配位置，将连接件的位置根据标定板实际尺寸装配，以方便确定准确的标定高度范围。

进一步地，所述安装结构包括沿长度方向开设于底板上的键槽及多个等距开设于底板侧面的通孔，所述连接件通过键滑动式连接于所述键槽内，所述键上设置有与底板上的通孔与对应的销孔，所述连接件通过销固定于所述底板上。

通过采用上述技术方案，连接件与底板通过较为简便的方式进行连接，操作方便快捷，连接稳固可靠。

进一步地，所述连接件包括安装部及连接部，所述安装部安装于所述底板上，所述连接部设于所述安装部远离底板一端，所述连接部开设有搭接于所述第一量柱或第二量柱上的V型槽，所述V型槽的内端面与所述第一量柱或第二量柱的柱面相切。

通过采用上述技术方案，底板上开有等间距的通孔，从而方便调整底板下方V型槽的位置，将V型槽的位置根据标定板实际尺寸装配，以适应不同大小的标定板。

进一步地，所述标定板与所述底板通过吸附连接或者螺纹连接或者粘接而成。

通过采用上述技术方案，标定板与底板通过较为简便的方式进行连接，可替代方案较多。

进一步地，所述标定板为圆形标定板、棋盘格标定板、栅格标定板中的任意一种。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种线结构光标定平台使用方法，包括如下步骤：

根据标定区域选取合适的标定板；

根据标定板的大小，调节连接件在底板上的位置，以使两连接件的间距接近于标定板的大小；

根据被测物的高度计算标定的高度区间和最小标定高度，选择等于或大于标定高度区间的第一量具与一连接件装配，选择合适高度的第二量具与另一连接件装配，使得标定板有效区域的下缘接近最小标定高度。

通过采用上述技术方案，实现能够灵活通用地应用于多个不同场合的线结构光标定系统中，本平台无需再依据设备进行定制，利用已有且应用广泛的标准化器具，设计较少的元件，经过简单地组合就能适合广泛场合，通用型强，节省了大量定制时间，可多次重复利用，较大地节约了成本。

进一步地，所述第一量具包括量块及设于所述量块上的第一量柱，所述第一量柱的柱面与所述量块的端面相切，所述第二量具为第二量柱，所述第二量柱沿长度方向与所述第一量具平行；

根据被测物的高度计算标定的高度区间和最小标定高度，选取合适高度的量块和合适半径的第一量柱，使得量块和第一量柱的组合高度等于或大于标定高度区间，选取合适半径的第二量柱，使得标定板有效区域的下缘接近最小标定高度。

通过采用上述技术方案，选取不同高度的测量器具，通过简单地组合，适应不同的高度标定区间、适应不同大小的标定板、适应不同高度的被测物体的标定范围。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种线结构光标定系统，包括相机、投影装置及线结构光标定平台；

所述相机用于拍摄标定板图像和标定板被投影装置投影后的投影图像；

所述投影装置用于将投影图案投影至标定板。

通过采用上述技术方案，利用标定板图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定，从而可以提供通用型强、成本低廉、可重复利用的线结构光标定系统，节省了大量定制时间，较大地节约了成本。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以有益下效果：

一种线结构光标定平台、使用方法及系统,采用标准化的测量器具，通过简单地组合，实现能够灵活通用地应用于多个不同场合的线结构光标定系统中，本平台无需再依据设备进行定制，利用已有且应用广泛的标准化器具，设计较少的元件，经过简单地组合就能适合广泛场合，通用型强，节省了大量定制时间，可多次重复利用，较大地节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中线结构光标定平台的结构示意图；

图2为本发明实施例中线结构光标定平台使用流程示意图。

附图标记说明：

1、底板；2、标定板；3、连接件；31、安装部；32、连接部；4、量块；5、第一量柱；6、第二量柱。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

一种线结构光标定平台，如图1所示，

包括底板1、标定板2、第一量具、第二量具及连接件3；

所述标定板2设于所述底板1上；

所述第一量具、第二量具均通过连接件3连接于所述底板1远离所述标定板2的一面，连接件3设置为两组，所述第一量具的高度大于所述第二量具，以使所述标定板2与水平面形成倾角。

本申请提供的线结构光标定平台，采用标准化的测量器具，通过简单地组合，实现能够灵活通用地应用于多个不同场合的线结构光标定系统中，本平台无需再依据设备进行定制，利用已有且应用广泛的标准化器具，设计较少的元件，经过简单地组合就能适合广泛场合，通用型强，节省了大量定制时间，可多次重复利用，较大地节约了成本。

所述第一量具包括量块4及设于所述量块4上的第一量柱5，第一量柱5通过搭接或者吸附连接等方式安装于量块4上端面，所述第一量柱5的柱面与所述量块4的端面相切，所述第二量具为第二量柱6，所述第二量柱6沿长度方向与所述第一量具平行，第二量柱6的柱面与地面或者实际扫描区域的最低平面相切。

量块4(无刻度标准断面量具，也叫块规)、量柱(标准直径量具，也叫塞规/针规)为机械设计中常用测量器具，选取不同的量块4及量柱，经过简易组合即可形成通用的线结构光标定平台，能够适应不同高度的标定区间，通过测量器具的组合高度的调节能够得到标定范围的高度差，并且能够准确求得标定平台的角度。

而且适应于不同高度被测物的标定，实际中被测物体表面相对平台均有一定的高度差，在有些情况下，标定高度区间本身较小，直接将平台表面作为标定高度区间的起点将造成一定的浪费，而本平台可以利用更换量柱来调节标定板2的初始高度，方便计算被测物体的高度，更换相应尺寸的量柱，即可调节标定高度区间的初始范围。

所述底板1与连接件3连接的一面设有安装结构，所述连接件3通过所述安装结构安装于所述底板1下端，使得所述连接件3的位置沿所述底板1的长度方向可调，调整连接件3在底板1上的装配位置，将连接件3的位置根据标定板2实际尺寸装配，以方便确定准确的标定高度范围。

本发明实施例中，所述安装结构包括沿长度方向开设于底板1上的键槽及多个等距开设于底板1侧面的通孔，所述连接件3通过键滑动式连接于所述键槽内，所述键上设置有与底板1上的通孔与对应的销孔，所述连接件3通过销固定于所述底板1上，连接件3与底板1通过较为简便的方式进行连接，可替代方案较多。

所述连接件3包括安装部31及连接部32，安装部31与连接部32一体成型而成，所述安装部31安装于所述底板1下端，所述连接部32设于所述安装部31远离底板1一端，所述连接部32一端开设有搭接于所述第一量柱5或第二量柱6上的V型槽，所述V型槽的内端面与所述第一量柱5或第二量柱6的柱面相切，底板1上开有等间距的通孔，从而方便调整底板1下方V型槽的位置，将V型槽的位置根据标定板2实际尺寸装配，以适应不同大小的标定板2。

所述标定板2与所述底板1通过吸附连接或者螺纹连接或者粘接而成，标定板2与底板1通过较为简便的方式进行连接，可替代方案较多。

本发明实施例中，所述标定板2为圆形标定板2，圆形标定板2有效面积为圆心所占区域，方便后续通过扫描获取圆形标定板2圆心的图像信息，与计算得到的圆心物理信息实现映射，以完成标定的工作。

在其它实施例中，标定板还可为棋盘格标定板、栅格标定板等其他平面标定板。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种线结构光标定平台使用方法，包括如下步骤：

根据标定区域选取合适的标定板2；

根据标定板2的大小，调节连接件3在底板1上的位置，以使两连接件3的间距接近于标定板2的大小；

根据被测物的高度计算标定的高度区间和最小标定高度，选择等于或大于标定高度区间的第一量具与一连接件3装配，选择合适高度的第二量具与另一连接件3装配，使得标定板2有效区域的下缘接近最小标定高度。

实现能够灵活通用地应用于多个不同场合的线结构光标定系统中，本平台无需再依据设备进行定制，利用已有且应用广泛的标准化器具，设计较少的元件，经过简单地组合就能适合广泛场合，通用型强，节省了大量定制时间，可多次重复利用，较大地节约了成本。

所述第一量具包括量块4及设于所述量块4上的第一量柱5，所述第一量柱5的柱面与所述量块4的端面相切，所述第二量具为第二量柱6，所述第二量柱6沿长度方向与所述第一量具平行；

根据被测物的高度计算标定的高度区间和最小标定高度，选取合适高度的量块4和合适半径的第一量柱5，使得量块4和第一量柱5的组合高度等于或大于标定高度区间，选取合适半径的第二量柱6，使得标定板2有效区域的下缘接近最小标定高度，选取不同高度的测量器具，通过简单地组合，适应不同的高度标定区间、适应不同大小的标定板2、适应不同高度的被测物体的标定范围。

其中，适应不同高度的标定区间：通过测量器具的组合高度的调节能够得到标定范围的高度差，并且能够准确求得标定平台的角度；适用不同大小的标定板2：底板1上开有等间距的通孔，从而方便调整底板1下方V型槽的位置，将V型槽的位置根据标定板2实际尺寸装配，以方便确定准确的标定高度范围；适应于不同高度的被测物的标定：实际中被测物体表面相对平台均有一定的高度差，在有些情况下，标定高度区间本身较小，直接将平台表面作为标定高度区间的起点将造成一定的浪费，而本方法可以利用更换量柱来调节标定板2的初始高度，方便估计被测物体的高度，更换相应尺寸的量柱，即可调节标定高度区间的初始范围。

具体工作流程:

如图2所示，开始标定工作后，需要根据标定区域来选择合适的标定板2，既要倾斜的标定板2有效面积对底面的投影尽量覆盖扫描区域，又不要过大，标定板2与所述底板1通过吸附连接或者螺纹连接或者粘接而成；根据标定板2的大小，调节两个V型槽在开孔板上的间距至近似于标定板2尺寸；根据被测物的厚度情况估计标定的高度区间和最小标定高度，选择等于或略大于标定高度区间的测量器具的组合置于底板1一侧的V型槽下；根据最小标定高度选择合适半径的量柱，使得标定板2有效区域的下缘近似等于最小标定高度；完成调试的过程。

接下来，计算圆形标定板2实际圆心位置，得到圆心物理的信息，结构光标定将平台放置于扫描区，扫描、提取激光光条，获取圆形标定板2圆心的坐标信息，计算坐标系的映射关系映射，以完成标定的工作。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种线结构光标定系统，包括相机、投影装置及线结构光标定平台；

所述相机用于拍摄标定板2图像和标定板2被投影装置投影后的投影图像；

所述投影装置用于将投影图案投影至标定板2。

本发明实施例中，相机采用红外相机，投影装置采用投影光栅模组，投影装置的投影图案基于二值几何空间编码图案形成，利用标定板2图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定，从而可以提供通用型强、成本低廉、可重复利用的线结构光标定系统，节省了大量定制时间，较大地节约了成本。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种线结构光标定平台，其特征在于，

包括底板、标定板、第一量具、第二量具及连接件；

所述标定板设于所述底板上；

所述第一量具、第二量具均通过连接件连接于所述底板远离所述标定板的一面，所述第一量具的高度大于所述第二量具，以使所述标定板与水平面形成倾角。

2.根据权利要求1所述的线结构光标定平台，其特征在于，

所述第一量具包括量块及设于所述量块上的第一量柱，所述第一量柱的柱面与所述量块的端面相切，所述第二量具为第二量柱，所述第二量柱沿长度方向与所述第一量具平行。

3.根据权利要求1所述的线结构光标定平台，其特征在于，

所述底板与连接件连接的一面设有安装结构，所述连接件通过所述安装结构安装于所述底板上，使得所述连接件的位置沿所述底板的长度方向可调。

4.根据权利要求3所述的线结构光标定平台，其特征在于，

所述安装结构包括沿长度方向开设于底板上的键槽及多个等距开设于底板侧面的通孔，所述连接件通过键滑动式连接于所述键槽内，所述键上设置有与底板上的通孔与对应的销孔，所述连接件通过销固定于所述底板上。

5.根据权利要求2所述的线结构光标定平台，其特征在于，

所述连接件包括安装部及连接部，所述安装部安装于所述底板上，所述连接部设于所述安装部远离底板一端，所述连接部开设有搭接于所述第一量柱或第二量柱上的V型槽，所述V型槽的内端面与所述第一量柱或第二量柱的柱面相切。

6.根据权利要求1所述的线结构光标定平台，其特征在于，

所述标定板与所述底板通过吸附连接或者螺纹连接或者粘接而成。

7.根据权利要求1所述的线结构光标定平台，其特征在于，

所述标定板为圆形标定板、棋盘格标定板、栅格标定板中的任意一种。

8.一种线结构光标定平台使用方法，其特征在于，

包括如下步骤：

根据标定区域选取合适的标定板；

根据标定板的大小，调节连接件在底板上的位置，以使两连接件的间距接近于标定板的大小；

根据被测物的高度计算标定的高度区间和最小标定高度，选择等于或大于标定高度区间的第一量具与一连接件装配，选择合适高度的第二量具与另一连接件装配，使得标定板有效区域的下缘接近最小标定高度。

9.根据权利要求8所述的线结构光标定平台使用方法，其特征在于，

所述第一量具包括量块及设于所述量块上的第一量柱，所述第一量柱的柱面与所述量块的端面相切，所述第二量具为第二量柱，所述第二量柱沿长度方向与所述第一量具平行；

根据被测物的高度计算标定的高度区间和最小标定高度，选取合适高度的量块和合适半径的第一量柱，使得量块和第一量柱的组合高度等于或大于标定高度区间，选取合适半径的第二量柱，使得标定板有效区域的下缘接近最小标定高度。

10.一种线结构光标定系统，其特征在于，

包括相机、投影装置及如权利要求1-7中任意一项所述的线结构光标定平台；

所述相机用于拍摄标定板图像和标定板被投影装置投影后的投影图像；

所述投影装置用于将投影图案投影至标定板。

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