CN111721194A

CN111721194A - 一种多激光线快速检测方法

Info

Publication number: CN111721194A
Application number: CN201910209663.7A
Authority: CN
Inventors: 钱超超; 董霄剑; 张瑞凯
Original assignee: Beijing Vizum Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Vizum Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-09-29

Abstract

本发明公开了一种多激光线快速检测方法，包括以下步骤：以被测物体所在平台为基准面，在基准面上方架设双目立体相机模组。双目立体相机和线激光发射器的位置保持相对固定；进行立体校正；根据线激光匹配点对得到左右视图视差，计算得到三维信息。对多个双目立体相机进行位姿关系的标定，通过RT关系进行坐标转换换算到同一个坐标系下。通过标定结果融合同一时刻的实时姿态数据，分别计算对应标定物各个坐标系的三维位置，进行双目立体相机间位姿关系求解，以得到完整的三维数据。本发明通过协同工作、时序同步采集被测物体的深度图像，利用标定及数据融合方法计算出被测物体的三维坐标以及姿态信息，可实现快速检测输出，减少视觉盲区，精度更高。

Description

一种多激光线快速检测方法

技术领域

本发明涉及三维检测技术领域，尤其涉及一种多激光线快速检测方法。

背景技术

双目视觉是计算机的一个重要分支，双目视觉可以模仿人的眼睛和人类立体视觉感知的过程，是计算机视觉研究的核心主题之一。近年来，双目视觉技术在障碍物检测、目标物体检测等领域得到了广泛的应用。

双目立体视觉使用一个或两个CCD或CMOS数码相机，从不同角度拍摄被测物体同一表面，通过计算空间点在两幅图像中的视差，获得该点的三维坐标。这种测量方法需要确定空间同一点在两幅或多幅不同角度拍摄的图像上的相应位置。扫描一个物体就需要收集物体表面的信息，使用激光器向物体表面投射激光光线，激光光线被物体表面反射后被相机采集，采集后的图像上的激光条纹可以提供密集物体表面点的信息。

在普通的双目视觉拍摄范围内，因为线激光从上方或侧方发射,一次检测只能获取某一视面中的物面三维信息,会因为无法全方位拍摄存在一定的盲区，尤其针对很高的物体，不能够满足高精度检测的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种多激光线快速检测方法，利用多个双目相机与线激光结合的模组立体分布于被测物体周围,协同触发，减少了视觉盲区，最后融合整体的三维位姿信息，有效去除了误差，可以实现全方位精确检测被测物体的三维坐标以及姿态信息。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

一种多激光线快速检测方法，包括以下步骤：

S1：以被测物体所在平台为基准面，在基准面上方架设由双目立体相机和线激光发射器组成的双目立体相机模组，使线激光发射器发射的线激光长度足够扫过被测物体上表面，而双目立体相机能够摄取到激光线，双目立体相机和线激光发射器的位置保持相对固定。

S2：每个所述双目立体相机模组通过双目立体相机的左摄像头和右摄像头分别获取被测物体的左图像和右图像，对左图像和右图像进行立体校正；

对校正后的左视图和校正后的右视图进行匹配得到线激光成像匹配点对；

根据所述线激光匹配点对得到左右视图视差，并根据所述左右视图视差计算得到被测物体的三维信息。

S3：对多个所述双目立体相机进行位姿关系的标定，通过RT关系进行坐标转换换算到同一个坐标系下。

S4：通过标定结果融合同一时刻的每个所述双目立体相机模组获取的被测物体的实时深度图像数据和实时姿态数据，分别计算对应标定物在各个双目立体相机坐标系的3维位置，以此进行所述双目立体相机间位姿关系RT的求解，以得到完整的三维数据。

优选的，在所述步骤S1中，所述线激光发射器内置于所述双目立体相机中，或所述线激光器外挂于所述双目立体相机上并与所述双目立体相机形成共体结构或所述线激光发射器与所述双目立体相机采用分体式安装。

优选的，在所述步骤S1中，所述双目立体相机模组的数量大于等于两组。

优选的，在所述步骤S2中，所述每个双目立体相机采集到的三维数据都带有时间信息，此时间信息称为时间戳。

优选的，在所述步骤S2中，所述多个的双目立体相机模组协同工作，保持所述双目立体相机间的时序同步；遵守严格时间同步法和相对时间同步法，所述严格时间同步法，即，通过外部触发信号触发，多双目立体相机同时进行曝光，且曝光时间相同；所述相对时间同步法，即，上位机触发多个双目立体相机进入流模式，且在同一时刻同时设置各双目立体相机计时器清零(即同步时间戳)。

优选的，在所述步骤S2中，进行多个双目立体相机标定时，当存在各双目立体相机间的左右摄像机的有效视野时，将标定物置于待测区域的公共有效视野中，并分别标定物对应靶点在各个双目相机坐标系的三维位置，求解双目立体相机间的位姿关系；

当不存在各双目立体相机间的左右摄像机的有效视野时，将已知相对信息的标定物通过双目立体相机拍摄计算不同部分的靶点，并依照标定物本身的特点进行相机间不同靶点的位置换算：

{R|t}·P1＝P2 (1)

其中，空间中任意一点P，在双目立体相机模组中的坐标分别为P1、P2，定义P1为转换前的位姿，P2为转换后的位姿，经过{R|t}坐标关系矩阵计算后得到P2为转换后的位姿，

即，

优选的，在所述步骤S3中，所述双目立体相机模组分别获取到被测物体的三维数据，将多组三维数据以统一标定坐标系为原点，立体匹配各组视图的相同特征，得到被测物体的整体三维数据。

优选的，在所述步骤S3中，对所述双目立体相机摄取的激光线位置信息进行分析，得到激光线上激光点在坐标系下的立体点坐标；

我们认为空间中任意一点P，在双目模组1和双目模组2中的坐标分别为Pl，Pr，那么他们满足关系式

{R|t}·Pl＝Pr (3)

Pl为4乘N矩阵，求Pl的伪逆，即：

{R|t}＝Pr·Inv(Pl) (4)

即可求得所述双目立体相机间位姿关系RT的解，数据融合得到完整的被测物体三维数据。

优选的，所述求Pl的伪逆的方法可以为直接法(最小二乘法)、SVD分解法和QR分解法。

本发明的有益效果是，通过多个双目立体相机模组多边形分布，通过协同工作、时序同步，采集被测物体的深度图像，利用标定及数据融合方法计算出被测物体的三维坐标以及姿态信息，可实现快速检测、输出，减少实际检测过程中的视觉盲区，精度更高。

附图说明

图1为一种多激光线快速检测方法所用立体相机模组的立体结构示意图；

图2为一种多激光线快速检测方法所用立体相机模组的俯视示意图。

附图标记说明：1-双目立体相机模组，2-壳体，3-线激光发射器，4-双目立体相机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。显然，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，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。

一种多激光线快速检测方法，包括以下步骤：

S1：以被测物体所在平台为基准面，在基准面上方架设由双目立体相机4和线激光发射器3组成的双目立体相机模组1，使线激光发射器3发射的线激光长度足够扫过被测物体上表面，而双目立体相机4能够摄取到激光线，双目立体相机4和线激光发射器3的位置保持相对固定。

S2：每个双目立体相机模组1通过双目立体相机4的左摄像头和右摄像头分别获取被测物体的左图像和右图像，对左图像和右图像进行立体校正；

S3：对多个双目立体相机4进行位姿关系的标定，通过RT关系进行坐标转换换算到同一个坐标系下。

S4：通过标定结果融合同一时刻的每个双目立体相机4模组获取的被测物体的实时深度图像数据和实时姿态数据，分别计算对应标定物在各个双目立体相机坐标系的三维位置，以此进行双目立体相机间位姿关系RT的求解，以得到完整的三维数据。

优选的，在本实施例中，在所述步骤S1中，所述线激光发射器3内置于所述双目立体相机4中，或所述线激光发射器3外挂于所述双目立体相机4上并与所述双目立体相机4形成共体结构或所述线激光发射器3与所述双目立体相机4采用分体式安装。即在多激光线快速检测方法工作时，将激光线发射器3与双目立体相机4共同安装在壳体2内部，或，将激光线发射器3外置在双目立体相机壳体2的外部，可达到一致的效果。

优选的，在本实施例中，在所述步骤S1中，所述双目立体相机模组的数量大于等于两组；双目立体相机模组1的数量设置为四个，每相邻两个双目立体相机模组与中心点之间的角度为90度，沿一中心点多边形分布，对采集到的图像数据进行计算，得到三维图像数据和三维坐标数据。

优选的，在本实施例中，在所述步骤S2中，所述每个双目立体相机采集到的三维数据都带有时间信息，此时间信息称为时间戳。

优选的，在本实施例中，在所述步骤S2中，所述多个的双目立体相机模组1协同工作，保持所述双目立体相机4间的时序同步；遵守严格时间同步法和相对时间同步法，所述严格时间同步法，即，通过外部触发信号触发，多双目立体相机同时进行曝光，且曝光时间相同；所述相对时间同步法，即，上位机触发多个双目立体相机进入流模式，且在同一时刻同时设置各双目立体相机4计时器清零(即同步时间戳)，此时认为双目立体相机4间时间同步完成，之后产生的所有帧均可以通过时间戳进行时序上的时间同步，不要求各双目立体相机4帧率、曝光时间的统一。

优选的，在本实施例中，在所述步骤S2中，进行多个双目立体相机标定时，当存在各双目立体相机4间的左右摄像机的有效视野时，将标定物置于待测区域的公共有效视野中，并分别标定物对应靶点在各个双目相机坐标系的三维位置，求解双目立体相机4间的位姿关系；

当不存在各双目立体相机4间的左右摄像机的有效视野时，将已知相对信息的标定物通过双目立体相机4拍摄计算不同部分的靶点，并依照标定物本身的特点进行相机间不同靶点的位置换算：

{R|t}·P1＝P2 (1)

其中，空间中任意一点P，在双目立体相机模组中的坐标分别为P1、P2，定义P1为转换前的位姿，P2为转换后的位姿，经过{R|t}坐标关系矩阵计算后得到P2为转换后的位姿。

即，

{R|t}·Pl＝Pr (3)

Pl为4乘N矩阵，求Pl的伪逆，即：

{R|t}＝Pr·Inv(Pl) (4)

静态场景融合，通过RT关系进行坐标换算到同一个坐标系即可；动态场景融合，除了通过RT关系进行物理坐标系换算时，还需要考虑时间先后的影响。优先做每帧的多相机数据融合，在做时间关系上的数据融合；在使用同步时序方案3时，可先通过RT计算归化到同一坐标系，在计算当前时间差所带来的坐标变化。

优选的，在本实施例中，所述求Pl的伪逆的方法可以为直接法(最小二乘法)、SVD分解法和QR分解法。

以上公开的本说明书优选实施例只是用于帮助阐述本说明书。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本说明书的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本说明书。本说明书仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种多激光线快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S4：通过标定结果融合同一时刻的每个所述双目立体相机模组获取的被测物体的实时深度图像数据和实时姿态数据，分别计算对应标定物在各个双目立体相机坐标系的三维位置，以此进行所述双目立体相机间位姿关系RT的求解，以得到完整的三维数据。

2.根据权利要求1所述的一种多激光线快速检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述线激光发射器内置于所述双目立体相机中，或所述线激光器外挂于所述双目立体相机上并与所述双目立体相机形成共体结构或所述线激光发射器与所述双目立体相机采用分体式安装。

3.根据权利要求1所述的一种多激光线快速检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述双目立体相机模组的数量大于等于两组。

4.根据权利要求1所述的一种多激光线快速检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述每个双目立体相机采集到的三维数据都带有时间信息，此时间信息称为时间戳。

5.根据权利要求1所述的一种多激光线快速检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述多个的双目立体相机模组协同工作，保持所述双目立体相机间的时序同步；遵守严格时间同步法和相对时间同步法，所述严格时间同步法，即，通过外部触发信号触发，多双目立体相机同时进行曝光，且曝光时间相同；所述相对时间同步法，即，上位机触发多个双目立体相机进入流模式，且在同一时刻同时设置各双目立体相机计时器清零(即同步时间戳)。

6.根据权利要求1所述的一种多激光线快速检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，进行多个双目立体相机标定时，当存在各双目立体相机间的左右摄像机的有效视野时，将标定物置于待测区域的公共有效视野中，并分别标定物对应靶点在各个双目相机坐标系的三维位置，求解双目立体相机间的位姿关系；

{R|t}·P1＝P2(1)

即，

7.根据权利要求1所述的一种多激光线快速检测方法，其特征在于，在所述

步骤S3中，所述双目立体相机模组分别获取到被测物体的三维数据，将多组三维数据以统一标定坐标系为原点，立体匹配各组视图的相同特征，得到被测物体的整体三维数据。

8.根据权利要求1所述的一种多激光线快速检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对所述双目立体相机摄取的激光线位置信息进行分析，得到激光线上激光点在坐标系下的立体点坐标；

{R|t}·Pl＝Pr (3)

Pl为4乘N矩阵，求Pl的伪逆，即：

{R|t}＝Pr·Inv(Pl) (4)

9.根据权利要求8所述的一种多激光线快速检测方法，其特征在于，所述求Pl的伪逆的方法可以为直接法(最小二乘法)、SVD分解法和QR分解法。