CN111457942B

CN111457942B - 一种平面定高标定装置

Info

Publication number: CN111457942B
Application number: CN202010273191.4A
Authority: CN
Inventors: 江浩
Original assignee: Suzhou Lebaitu Information Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Lebaitu Information Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2040-04-09
Also published as: CN111457942A

Abstract

本发明公开了一种平面定高标定装置，属于机器视觉技术领域，包括安装在相机安装面上的测高仪、设置在标定板或待测物体下方的高度调整器，每次对待测物体拍摄前，测高仪都测量各自下方表面至待测物体的垂直高度差，若高度差偏大，则通过PC机使该位置下方高度调整器调整使其变小；若高度差偏小，则通过PC机使该位置下方高度调整器调整使其变大，最终使得每个位置的高度差与标定时一致，使得待测物体表面与标定板所在平面相同，随后多相机联合拍摄的局部图像能够精准拼合，提高测量的精度；实现了相机到标定板或待测物体表面距离的准确测量和调整，高度调节方法简单可行。

Description

一种平面定高标定装置

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种平面定高标定装置。

背景技术

在机器视觉领域，拍摄大范围物体时常常采用联合标定的方法，将若干相机组合拍摄成像，拼接后进行检测。因相机及镜头的技术局限，小视野高精度相机或镜头远远比大视野高精度的便宜。联合标定即通过算法使得多台相机拍摄的局部图像能够在同一参照系内准确拼接成完整图像，若为扩大视野所用，则联合标定后，在标定板所在同一平面参考系内能够将局部图像准确拼合。若标定之后每次检测的物体仍在该标定平面内，则没有误差，重复拍摄拼合即可。

但实际情况往往是检测精度要求高，每次检测的物体表面不能与标定板所在的平面完全重合，导致拍摄的局部图片拼接以后无法完全重合。若物体没有与标定平面完全重合，有一定的角度偏差，则会导致物体局部与其上方相机间的间距不同。在物距不同的情况下，之前的调试标定仍不变的情况下，每个位置相机拍摄到的局部物体图像则会产生偏大和偏小的不同情况，由于近大远小产生变形，导致局部图像拼合在一起以后，整体待检测物体表面无法精确拼合，即同一个物体的上下两部分，若一部分拉近拍摄，一部分拉远拍摄，则无法像拼图一样拼到一起。

中国发明专利申请CN105466360A(一种用于标定多个相机平行性的装置及方法)中，在一个两自由度的运动平台上布置有第一相机、第二相机和第三相机，在运动平台上设有吸盘垫和标定mark，标定mark布置在运动平台的同侧边，包括标定点一、标定点二和标定点三，该三个标定点的高度依次升高或降低。该装置在使用过程中，以第一相机为基准，通过第一相机分别采集标定点一、二、三的位置坐标，在通过第二、三相机分别采集标定点一、二、三的位置坐标，计算第二、三相机相对第一相机在X和Y方向的相机位置关系，通过数值比较分别标定出第二、三相机在X和Y方向上相对于第一相机的平行性，以便及时修正第二、三相机的位置。该专利通过调整相机的位置来进行标定，由于相机是精密器械，相机的位置移动可能会造成设备损坏，从而降低拍摄精度。中国发明专利申请CN109360249A(相机可调节标定系统)中，在张正友标定法的基础上结合硬件设备可快速地对相机进行标定，其中硬件设备中包括两块可调节高度的上下平行的玻璃板，在玻璃板中间位置有一张九宫格标定图。该系统需要借助扫地机器人得到相机内参，再结合算法过程，对相机进行标定，然后对标定结果对相机进行位置调整，标定过程过于繁琐。中国实用新型专利CN206258081U(一种具有实时高度标定功能的三维影像测量装置)中，首先将相机和镜头连接好后固定在安装支架上，标准件安装固定在支架上，标准件的水平面与直线运动机构的运动平面平行，保证水平运动机构驱动被测量物体运动时能够完整通过相机的视野范围。该专利中通过设置安装支架的作用确保镜头与被测量物体之间的距离不变，但是长时间工作后，水平运动机构在运动时的震动必然会使该距离发生变化，需要再次校正该距离，因此这种装置在使用中的实际拍摄精度也较低，不能满足拼图的需求。

发明内容

本发明欲解决的技术问题是现有技术中相机与待测物体之间的距离标定难以做到精确控制，难以达到相机拍摄的照片能够精确到可以拼合在一起的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种平面定高标定装置，包括相机安装面、操作平台；所述相机安装面位于所述操作平台上方，且所述相机安装面与所述操作平台平行设置；所述相机安装面上安装有相机、测高仪；所述操作平台上设有高度调整器；所述高度调整器可沿垂直于操作平台的方向进行上下移动；所述测高仪的数量≧3；所述高度调整器的数量≧3；所述测高仪和所述高度调整器之间通过PC机连接；

当需要进行高度标定时，在高度调整器上放置标定板，测高仪测量标定板至测高仪之间的标定距离，并将该标定距离信号传输至PC机中；

标定完成后，取下标定板，在高度调整器上放置待测物体，测高仪测量待测物体与测高仪之间的距离，并将该距离信号传输至PC机中，与标定距离进行对比，由PC机输出信号对高度调整器进行高度调整，使放置在高度调整器上的待测物体到测高仪之间的距离与标定距离相等。

本发明中，相机与测高仪的位置固定，这样由测高仪测量到的标定板或待测物体至测高仪之间的距离，即能够真实反映出相机与标定板或待测物体之间的距离，从而能够实现精确的标定与测量。

进一步地，所述测高仪与所述高度调整器的数量相同。更进一步地，所述高度调整器与所述测高仪一一对应设置，每个所述高度调整器位于每个所述测高仪的正下方。在这样的设置方式下，每个测高仪测量到的标定板或待测物体到测高仪之间的距离可以直接转化为每个测高仪到其正下方的高度调整器之间的距离，不需要经过算法的转换，即可直接根据标定距离调整待测物体的高度，使待测物体位于标定平面内进行高精度的拍摄。

本发明还可以有另外的设置方式，即所述测高仪与所述高度调整器的数量不同，这样一来，每个高度调整器不是必然位于每个测高仪的正下方；或者尽管测高仪与高度调整器的数量相同，也不将每个高度调整器设置在每个测高仪的下方，这样的设置方式对硬件设备即测高仪和高度调整器的数量和位置设计要求都不高，因此整个平面定稿标定装置的设计更加灵活，更利于装置的搭建。然而这样的设置方式对PC机的要求较高，需要PC机内设置的精确算法将每个测高仪测量到的距离，转换为每个高度调整器上对应的点的高度，从而实现对高度调整器的准确调节。

进一步地，在所述高度调整器上设有物体摆放平台，当进行高度标定时，在所述物体摆放平台上放置标定板；当标定完成后，在物体摆放平台上放置待测物体。当待测物体的底面不平整时，物体摆放平台的设置能够使待测物体更好地放置在高度调整器上。

进一步地，每个所述高度调整器分别位于标定板或待测物体的不同边的边缘处，但不超过标定板或待测物体的边界。这样设置地目的是尽可能地减少误差放大效应，提高调整精度。

进一步地，当待测物体的表面为透明材质，例如透明玻璃时，可用光谱共焦传感器作为测高仪，准确测量距离。当待测物体的表面为不透明材质时，测高仪可选激光测高仪。

进一步地，所述相机的数量≧2。多台相机对待测物体表面的不同部位进行拍照，随后对不同的照片进行拼合后即可得到完整的待测物体表面照片。

进一步地，所述测高仪位于所述相机的上方。这样的设置可以方至测高仪下方对相机视野的干扰，避免测高仪遮挡待测物体，影响相机对待测物体的拍照。

本发明中，通过标定板进行多相机的联合标定后，使得待测物体每次都能在标定平面上。在标定板或待测物体的上方设置测高仪，多台测高仪之间形成的多边形面积越大，校准精度越好，但不可超出标定板和待测物体表面的边界。

每次对物体拍摄检测前，测高仪都测量至各自下方表面至待测物体的垂直高度差，再与标定时的高度差进行比较。若高度差偏大，则通过PC机使该位置下方高度调整器调整使其变小；若高度差偏小，则通过PC机使该位置下方高度调整器调整使其变大，最终使得每个位置的高度差与标定时一致，使得待测物体表面与标定板所在平面相同，随后多相机联合拍摄的局部图像能够精准拼合，提高测量的精度。

由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、对表面积较大的物体的测量、检测等，可通过水平面的测高进行校准，使其测量表面与标定表面重合，保证普通相机拍摄产生的畸变变得更小，测量精度得到了进一步的提升。

2、通过在标定板或待测物体下方设置高度调整器的方法，实现了相机到标定板或待测物体表面距离的准确测量和调整，高度调节方法简单可行。

附图说明

图1：平面定高标定装置结构示意图。

附图标记说明：1-相机安装面；2-相机；3-测高仪；4-高度调整器；5-物体摆放平台；6-标定板或待测物体；7-PC机。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本部分提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位用语，仅用于描述该具体实施方式中产品各零部件的相对位置关系，并不能理解为用于限制本发明的用语。

一种平面定高标定装置，包括相机安装面1、操作平台，其中相机安装面1位于操作平台上方，且相机安装面1与操作平台平行设置；相机安装面上安装有相机2、测高仪3；操作平台上设有高度调整器4；高度调整器4可沿垂直于操作平台的方向进行上下移动；其中测高仪3和高度调整器4的数量均为3个；每个高度调整器4与每个测高仪3一一对应设置，每个高度调整器4位于每个测高仪3的正下方。相机2可设置多个，具体数量可根据待测物体表面的大小设置。测高仪3设置在相机2的上方，确保测高仪3不会遮挡相机2的视野范围，避免测高仪3对待测物体的拍照造成影响。

设置测高仪3和高度调整器4之间通过PC机7连接；在高度调整器4上设有物体摆放平台5，物体摆放平台5上可放置标定板或待测物体6。

当需要进行高度标定时，在物体摆放平台5上放置标定板，测高仪3测量标定板至测高仪3之间的标定距离，并将该标定距离信号传输至PC机7中。

标定完成后，取下标定板，在物体摆放平台5上放置待测物体，测高仪3测量待测物体与测高仪3之间的距离，并将该距离信号传输至PC机7中，与标定距离进行对比，由PC机7输出信号对高度调整器4进行高度调整，使放置在高度调整器4上的待测物体到测高仪3之间的距离与标定距离相等。

该平面定高标定装置中，在标定板上方(也即待测物体平面上方)设置3台测高仪3(若物体表面为玻璃等透明材质，可以使用光谱共焦传感器进行测高)，3台测高仪3之间形成一个面积较大的三角形，面积越大，校准精度越好，但不可超出标定板或待测物体6表面的边界。

物体摆放平台5下方对应的设置3台高度调整器4，使其在一定范围内进行高度上下调整，带动高度调整器4上方的物体平台的角度调整，使得物体表面能进行角度调整，与标定板所在平面重合。

每次对物体拍摄检测前，3台测高仪3都测量至各自下方表面至待测物体表面的垂直高度差，再与标定时的高度差进行比较。若高度差偏大，则通过PC机7使该位置下方高度调整器4调整使其变小；若高度差偏小，则通过PC机使7该位置下方高度调整器4调整使其变大，最终使得每个位置的高度差与标定时一致，使得待测物体表面与标定板所在平面相同，随后多相机2联合拍摄的局部图像能够精准拼合，提高测量的精度。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种平面定高标定装置，其特征在于：所述平面定高标定装置包括相机安装面、操作平台；所述相机安装面位于所述操作平台上方，且所述相机安装面与所述操作平台平行设置；所述相机安装面上安装有相机、测高仪；所述操作平台上设有高度调整器；所述高度调整器可沿垂直于操作平台的方向进行上下移动；所述测高仪的数量≧3；所述高度调整器的数量≧3；所述测高仪和所述高度调整器之间通过PC机连接；

标定完成后，取下标定板，在高度调整器上放置待测物体，测高仪测量待测物体与测高仪之间的距离，并将该距离信号传输至PC机中，与标定距离进行对比，由PC机输出信号对高度调整器进行高度调整，使放置在高度调整器上的待测物体到测高仪之间的距离与标定距离相等；

所述相机的数量≧2，所述测高仪位于所述相机的上方；

所有所述测高仪之间构成一个平面多边形，所述多边形的边缘不可超出标定板或待测物体表面的边界。

2.如权利要求1所述的一种平面定高标定装置，其特征在于：所述测高仪与所述高度调整器的数量相同。

3.如权利要求2所述的一种平面定高标定装置，其特征在于：所述高度调整器与所述测高仪一一对应设置，每个所述高度调整器位于每个所述测高仪的正下方。

4.如权利要求1所述的一种平面定高标定装置，其特征在于：所述测高仪与所述高度调整器的数量不同。

5.如权利要求1所述的一种平面定高标定装置，其特征在于：在所述高度调整器上设有物体摆放平台，当进行高度标定时，在所述物体摆放平台上放置标定板；当标定完成后，在物体摆放平台上放置待测物体。

6.如权利要求1所述的一种平面定高标定装置，其特征在于：每个所述高度调整器分别位于标定板或待测物体的不同边的边缘处，但不超过标定板或待测物体的边界。

7.如权利要求1所述的一种平面定高标定装置，其特征在于：所述测高仪为光谱共焦传感器。

8.如权利要求1所述的一种平面定高标定装置，其特征在于：所述测高仪为激光测高仪。