CN114034246B - 一种激光器光平面的标定系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光器光平面的标定系统及方法，系统包括靶标、高低温箱、控制器和至少两部采集相机；待测激光器表面安装温度传感器，高低温箱前端设有透光通孔，激光器通过通孔向外投射激光条；采集相机交错分布在高低温箱的外部，采集激光条图像；温度传感器和各个采集相机均受控于控制器；控制器包括温度采集模块、图像处理模块和光平面存储模块；温度采集模块获取当前温度值，图像处理模块解算光平面方程；光平面存储模块将预设温度与光平面方程对应存储；当控制器完成各个预设温度下的图像采集、光平面方程存储后，光平面标定结束；本系统实现了在全温度区间内对激光器光平面方程的标定；为后续的三维解算过程提供更精准的光平面。
Description
技术领域
本发明涉及结构光测量领域，具体涉及一种激光器光平面的标定系统及方法。
背景技术
随着机器视觉的飞速发展，激光由于准直性高等优势已广泛应用于精密测量领域，线结构光三维测量技术利用线激光器投射激光条到被测物体表面，激光器发出的激光束在空间中形成一个光平面，使用前通过标定获得激光平面在相机坐标系下的方程，结合相机小孔成像模型可实现三维坐标测量；可见，三维坐标测量的准确度与光平面方程准确度息息相关，由于半导体激光器受温度影响较大，不同工作温度下，激光器光平面会产生不同程度的偏移；而在现有技术中，光平面在标定时，线激光器处于固定的环境温度，通常是理想的工作环境，而激光器在实际使用时，其周围的环境温度与标定时环境温度有所差异，这将导致实际光平面方程与标定的光平面方程不相同，进而导致三维解算精度下降。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光器光平面的标定系统及方法，本系统实现了在全温度区间内对激光器光平面方程的标定；在激光器的实际使用时，直接调取已标定好的该温度下的光平面方程，并将其发送到指定程序。能够为后续的三维解算过程提供更精准的光平面，进而保证三维测量的准确性。
技术方案如下：
一种激光器光平面的标定系统，包括靶标、高低温箱、控制器和至少两部采集相机；
将待测激光器安装在所述高低温箱内部，待测激光器的内部或外表面安装温度传感器，所述温度传感器用于感知激光器温度；所述高低温箱用于在预设的温度区间内调节不同的温度，其前端设有透光通孔，所述激光器通过所述通孔向外投射激光条；
所述至少两部采集相机交错分布在高低温箱的外部，均用于采集激光条图像；
相机交错分布使得至少两部采集相机的靶面不共面，进而保障从至少两张图像中提取的激光条在全局坐标系中不共线；
在所述高低温箱的周围设置靶标，所述靶标用于将各采集相机的坐标系统一到全局坐标系，其数量设置为一个或多个；
当靶标为一个时，其放置在各个采集相机的公共视场内；
各采集相机分别采集靶标图像，利用PNP方法解算各个采集相机坐标系之间的转换关系，再统一到全局坐标系；
当靶标为多个时，单个采集相机视场内至少包含一个靶标，并增设全局相机，全局相机的视场覆盖全部靶标；
各个采集相机和全局相机分别采集靶标图像，利用PNP方法解算每个相机坐标系分别与全局相机坐标系之间的转换关系，再统一到全局坐标系；
温度传感器和各个采集相机均受控于控制器；
所述控制器包括相互连接的温度采集模块、图像处理模块和光平面存储模块；
当激光器连同温度传感器放置到高低温箱中之后，高低温箱按照预设程序调节至某一预设温度；所述温度采集模块控制温度传感器获取当前温度值，并将温度值发送到光平面存储模块中保存；
所述图像处理模块控制各个采集相机同步采集当前温度下的激光条图像，对采集到的各图像进行处理，在全局坐标系下解算光平面方程，并将所述光平面方程发送到光平面存储模块中保存；
所述光平面存储模块将预设温度与光平面方程对应存储；
高低温箱继续调节温度；
当控制器完成各个预设温度下的图像采集、光平面方程存储后，光平面标定结束。
优选，所述高低温箱在预设的温度区间内按预设的步长、逐次增加/减少步长，以调节得到各个预设温度；
所述温度区间根据激光器实际使用时所处的温度范围设定，所述预设步长为1℃～3℃。
进一步，图像处理模块对采集到的图像进行处理，获得光平面方程，具体为：
所述图像处理模块分别对每张图像进行预处理、提取光条上各点的图像坐标；利用各张图像中各点的图像坐标拟合光平面。
本发明还公开了一种激光器光平面的标定方法，在激光器的内部或外表面安装温度传感器，所述温度传感器用于感知激光器温度，共同安装在所述高低温箱内部；
所述高低温箱前端设有透光通孔，所述激光器通过所述通孔向外投射激光条；
在温度区间设置多个需要标定的温度值，记为预设温度；
在高低温箱的外部交错分布至少两部采集相机，各个采集相机拍摄靶标进行标定，所述靶标设置在高低温箱的周围，用于统一各采集相机的坐标系，其数量设置为一个或多个；
当靶标为一个时，其放置在各个采集相机的公共视场内；
当靶标为多个时，单个采集相机视场内至少包含一个靶标，并增设全局相机，全局相机的视场覆盖全部靶标；所述温度传感器和各个采集相机均连接到控制器；所述控制器包括相互连接的温度采集模块、图像处理模块和光平面存储模块；
高低温箱调节到任一预设温度，激光器透过通孔向外投射激光条；
温度采集模块控制温度传感器获取当前温度值，并将温度值发送到光平面存储模块中保存；图像处理模块控制各个采集相机同步采集当前温度下的激光条图像，再对采集到的各图像进行处理，解算光平面方程，并将所述光平面方程发送到光平面存储模块中保存；
所述光平面存储模块将温度值与光平面方程对应存储；
高低温箱继续调节到另一预设温度，利用上述过程，再次采集激光条图像、存储光平面方程；
直到控制器完成各个预设温度下的图像采集、光平面方程存储后，光平面标定结束。
本系统利用高低温箱模拟激光器所处的各类环境温度，结合温度传感器采集激光器温度，利用至少两部相机采集激光条，拟合得到不同温度下的光平面并存储，实现了在全温度区间内对激光器光平面方程的标定；在激光器的实际使用时，温度传感器将激光器的实际温度上传，直接调取已标定好的该温度下的光平面方程，并将其发送到指定程序。本方法能够为后续的三维解算过程提供更精准的光平面，进而保证三维测量的准确性。
附图说明
图1为具体实施方式中激光器光平面的标定系统结构示意图；
图2为具体实施方式中两部采集相机分别采集到的光条示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
一种激光器光平面的标定系统，包括靶标、高低温箱、控制器和至少两部采集相机；
将待测激光器安装在所述高低温箱内部，待测激光器的内部或外表面安装温度传感器，所述温度传感器用于感知激光器温度；所述高低温箱用于在预设的温度区间内调节不同的温度，其前端设有透光通孔，所述激光器通过所述通孔向外投射激光条；
至少两部采集相机交错分布在高低温箱的外部，均用于采集激光条图像；
相机交错分布使得至少两部采集相机的靶面不共面，进而保障从至少两张图像中提取的激光条在全局坐标系中不共线，从而利用多个空间中的激光条拟合出光平面；
在高低温箱的周围设置靶标，靶标用于将各采集相机的坐标系统一到全局坐标系，其数量设置为一个或多个；
当靶标为一个时，其放置在各个采集相机的公共视场内；
各采集相机分别采集靶标图像，利用PNP方法解算各个采集相机坐标系之间的转换关系，再统一到全局坐标系；
当靶标为多个时，如图1所示，单个采集相机视场内至少包含一个靶标，并增设全局相机，全局相机的视场覆盖全部靶标；图1中的虚线表示激光器的投射范围、相机的采集范围；
各个采集相机和全局相机分别采集靶标图像，利用PNP方法解算每个相机坐标系分别与全局相机坐标系之间的转换关系，再统一到全局坐标系；
温度传感器和各个采集相机均受控于控制器；
控制器包括相互连接的温度采集模块、图像处理模块和光平面存储模块；
当激光器连同温度传感器放置到高低温箱中之后，高低温箱按照预设程序调节至某一预设温度；温度采集模块控制温度传感器获取当前温度值，并将温度值发送到光平面存储模块中保存；
图像处理模块控制各个采集相机同步采集当前温度下的激光条图像(如图2所示)，对采集到的各图像进行处理，在全局坐标系下解算光平面方程，并将光平面方程发送到光平面存储模块中保存；
具体为：
图像处理模块分别对每张图像进行预处理、提取光条上各点的图像坐标；利用各张图像中各点的图像坐标拟合光平面；
光平面存储模块将预设温度与光平面方程对应存储；
高低温箱继续调节温度；
当控制器完成各个预设温度下的图像采集、光平面方程存储后，光平面标定结束。
使用时，温度传感器将激光器的温度上传到控制器，控制器调取已标定好的该温度下的光平面方程，将其发送到指定程序。
具体的，高低温箱在预设的温度区间内按预设的步长、逐次增加/减少步长，以调节得到各个预设温度；
温度区间根据激光器实际使用时所处的温度范围设定，本实施例中设为-30℃～60℃；预设步长为1℃～3℃。
本发明还公开了一种激光器光平面的标定方法，在激光器的内部或外表面安装温度传感器，温度传感器用于感知激光器温度，共同安装在高低温箱内部；
高低温箱前端设有透光通孔，激光器通过通孔向外投射激光条；
在温度区间设置多个需要标定的温度值，记为预设温度；
具体为：根据激光器实际使用时的所处的温度范围预设温度区间，实施例-30℃～60℃，在温度区间内按预设步长递增、逐次记录各个温度值，将各个温度值记为预设温度；
在高低温箱的外部交错分布至少两部采集相机，各个采集相机拍摄靶标进行标定，靶标设置在高低温箱的周围，用于统一各采集相机的坐标系，其数量设置为一个或多个；
当靶标为一个时，其放置在各个采集相机的公共视场内；
当靶标为多个时，单个采集相机视场内至少包含一个靶标，并增设全局相机，全局相机的视场覆盖全部靶标；温度传感器和各个采集相机均连接到控制器；控制器包括相互连接的温度采集模块、图像处理模块和光平面存储模块；
高低温箱调节到任一预设温度，激光器透过通孔向外投射激光条；
温度采集模块控制温度传感器获取当前温度值，并将温度值发送到光平面存储模块中保存；图像处理模块控制各个采集相机同步采集当前温度下的激光条图像，再对采集到的各图像进行处理，解算光平面方程，并将光平面方程发送到光平面存储模块中保存；
光平面存储模块将温度值与光平面方程对应存储；
高低温箱继续调节到另一预设温度，利用上述过程，再次采集激光条图像、存储光平面方程；
直到控制器完成各个预设温度下的图像采集、光平面方程存储后，光平面标定结束。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
Claims (4)
1.一种激光器光平面的标定系统，其特征在于：包括靶标、高低温箱、控制器和至少两部采集相机；
将待测激光器安装在所述高低温箱内部，待测激光器的内部或外表面安装温度传感器，所述温度传感器用于感知激光器温度；所述高低温箱用于在预设的温度区间内调节不同的温度，其前端设有透光通孔，所述激光器通过所述通孔向外投射激光条；
所述至少两部采集相机交错分布在高低温箱的外部，均用于采集激光条图像；
在所述高低温箱的周围设置靶标，所述靶标用于将各采集相机的坐标系统一到全局坐标系，其数量设置为一个或多个；
当靶标为一个时，其放置在各个采集相机的公共视场内；
当靶标为多个时，单个采集相机视场内至少包含一个靶标，并增设全局相机，全局相机的视场覆盖全部靶标；
温度传感器和各个采集相机均受控于控制器；
所述控制器包括相互连接的温度采集模块、图像处理模块和光平面存储模块；
当激光器连同温度传感器放置到高低温箱中之后，高低温箱按照预设程序调节至某一预设温度；所述温度采集模块控制温度传感器获取当前温度值，并将温度值发送到光平面存储模块中保存；
所述图像处理模块控制各个采集相机同步采集当前温度下的激光条图像，对采集到的各图像进行处理，在全局坐标系下解算光平面方程，并将所述光平面方程发送到光平面存储模块中保存；
所述光平面存储模块将预设温度与光平面方程对应存储；
高低温箱继续调节温度；
当控制器完成各个预设温度下的图像采集、光平面方程存储后，光平面标定结束。
2.如权利要求1所述激光器光平面的标定系统，其特征在于：所述高低温箱在预设的温度区间内按预设步长、逐次增加/减少步长，以调节得到各个预设温度；
所述温度区间根据激光器实际使用时所处的温度范围设定，所述预设步长为1℃~3℃。
3.如权利要求1所述激光器光平面的标定系统，其特征在于：图像处理模块对采集到的图像进行处理，获得光平面方程，具体为：
所述图像处理模块分别对每张图像进行预处理、提取光条上各点的图像坐标；利用各张图像中各点的图像坐标拟合光平面。
4.一种激光器光平面的标定方法，其特征在于，在激光器的内部或外表面安装温度传感器，所述温度传感器用于感知激光器温度，共同安装在高低温箱内部；
所述高低温箱前端设有透光通孔，所述激光器通过所述通孔向外投射激光条；
在温度区间设置多个需要标定的温度值，记为预设温度；
在高低温箱的外部交错分布至少两部采集相机，各个采集相机拍摄靶标进行标定，所述靶标设置在高低温箱的周围，用于统一各采集相机的坐标系，其数量设置为一个或多个；
当靶标为一个时，其放置在各个采集相机的公共视场内；
当靶标为多个时，单个采集相机视场内至少包含一个靶标，并增设全局相机，全局相机的视场覆盖全部靶标；所述温度传感器和各个采集相机均连接到控制器；所述控制器包括相互连接的温度采集模块、图像处理模块和光平面存储模块；
高低温箱调节到任一预设温度，激光器透过通孔向外投射激光条；
温度采集模块控制温度传感器获取当前温度值，并将温度值发送到光平面存储模块中保存；图像处理模块控制各个采集相机同步采集当前温度下的激光条图像，再对采集到的各图像进行处理，解算光平面方程，并将所述光平面方程发送到光平面存储模块中保存；
所述光平面存储模块将温度值与光平面方程对应存储；
高低温箱继续调节到另一预设温度，利用上述过程，再次采集激光条图像、存储光平面方程；
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