CN115837678B - 可变基线双目视觉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人视觉模组技术领域，尤其涉及一种可变基线双目视觉系统，包括安装座；摄像组件，所述摄像组件设有两个，且均与安装座转动连接；驱动组件，所述驱动组件用于驱动两个摄像组件相对或相背转动，以调节拍摄视野；所述驱动组件包括齿环，所述齿环与安装座相对转动；转动轴，所述转动轴设有两个，每个所述转动轴的一端与同侧的摄像组件连接，驱动齿轮，所述驱动齿轮设有两个，每个所述驱动齿轮与同侧的转动轴同轴连接；所述齿环同时与两个驱动齿轮啮合。本发明的可变基线双目视觉系统，通过驱动组件来驱动两个摄像组件转动，改变拍摄视野，同时改变双目基线，进而改变像素差异性，使得拍摄和立体测量更为灵活，提升视觉系统的通用性。

Description

可变基线双目视觉系统

技术领域

本发明涉及机器人视觉模组技术领域，尤其涉及一种可变基线双目视觉系统。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，机器人的应用从传统的固定目标高精度重复作业，扩展到操作对象可变和操作对象位置可变的柔性作业，机器人迫切需要机器视觉的配合以得到操作对象的三维信息。

视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。随着科技的发展和检测需求的提高，3D视觉技术在机器视觉行业占有越来越重要的地位，与传统的2D相机相比，3D TOF相机能获取三维信息，可以实现2D视觉技术无法实现或者不好实现的功能，例如检测产品的高度、平面度、体积等和三维建模等。

相关技术中的视觉模组一般直接固定于机械臂的末端，以便采集信息。现有的视觉模组一般通过机械臂的移动来调节位置，进而拍摄不同的画面，但是这种方式在一些狭隘空间使用时，移动臂的移动幅度受到影响，而每个摄像头的拍摄范围又是有限的，往往容易导致摄像头采集的信息不全，影响后续的计算与判断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中视觉模组容易出现采集信息不全的技术问题，本发明提供一种可变基线双目视觉系统，通过驱动组件来驱动两个摄像组件转动，改变拍摄视野，同时改变双目基线，进而改变像素差异性，使得拍摄和立体测量更为灵活，提升视觉系统的通用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可变基线双目视觉系统，包括安装座；摄像组件，所述摄像组件设有两个，且均与安装座转动连接；驱动组件，所述驱动组件用于驱动两个摄像组件相对或相背转动，以调节拍摄视野；所述驱动组件包括齿环，所述齿环与安装座相对转动；转动轴，所述转动轴设有两个，每个所述转动轴的一端与同侧的摄像组件连接，驱动齿轮，所述驱动齿轮设有两个，每个所述驱动齿轮与同侧的转动轴同轴连接；所述齿环同时与两个驱动齿轮啮合。

本发明的可变基线双目视觉系统，通过驱动组件来驱动两个摄像组件转动，进而改变拍摄视野，获取更多的拍摄信息，同时改变测量基线，改变像素差异性，使得拍摄和测量更为灵活，进而提升视觉系统的通用性。两个摄像组件内的摄像头的基线距离越近时，则拍摄近处的画面更清晰，测量范围更近；两个摄像组件内的摄像头的基线距离越远时，则可以拍摄更加宽广的画面，测量的范围也更远。此外，采用两个驱动齿轮与齿环配合的方式，便于实现两个摄像组件的同步同速转动，进而保障测量精度。

进一步，所述安装座上设有稳定环，所述齿环套于稳定环上，所述齿环上设有稳定杆，所述稳定环上沿自身周向设有稳定槽，所述稳定杆位于稳定槽内。

进一步，所述齿环内设有第一齿圈，所述第一齿圈同时与两个驱动齿轮啮合，所述齿环外设有第二齿圈。

进一步，所述摄像组件收起时，两个所述摄像组件沿安装座轴向的投影位于安装座内。

进一步，所述摄像组件呈圆弧形，所述摄像组件收起时，所述摄像组件远离安装座中心线的一侧与安装座平齐。

进一步，所述摄像组件包括金属散热壳体，所述金属散热壳体与转动轴连接，所述金属散热壳体上设有容纳槽；摄像元件，所述摄像元件设于容纳槽内。

进一步，所述金属散热壳体的材质包括铝。

进一步，所述安装座上可拆卸连接有快换件，所述快换件位于两个摄像组件之间。

进一步，所述金属散热壳体上设有上盖，所述上盖上设有供光线进入摄像元件的玻璃镜片，所述上盖上还设有珀耳帖元件，所述珀耳帖元件的吸热端位于上盖内，且朝向摄像元件设置，所述珀耳帖元件的放热端位于上盖外，且朝向玻璃镜片设置。

本发明的有益效果是，

1、通过驱动组件来驱动两个摄像组件转动，进而改变拍摄视野，同时改变测量基线，使得拍摄和测量更为灵活，进而提升视觉系统的通用性；

2、通过齿环、两个驱动齿轮和两个转动轴的设置，齿环转动的同时带动两个驱动齿轮转动，进而同时带动两个摄像组件同步同速转动，进而保障两个摄像组件之间距离的精准度，保证测量精度；

3、通过金属散热壳体的设置，一方面便于摄像元件的安装，起到支撑的作用，另一方面则便于通过本身的材质进行热传导，无需进行通风，减少灰尘的进入，此外还简化了整体的结构，提升了生产效率和产品的使用寿命；

4、通过快换件的设置，便于与不同的零部件连接，如机械爪、补光灯等，进一步提升了视觉模组的灵活性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明中体现可变基线双目视觉系统整体的结构示意图。

图2是本发明中体现驱动组件的结构示意图。

图3是本发明中体现稳定环、稳定杆和稳定槽的爆炸结构示意图。

图4是本发明中体现摄像组件的局部爆炸结构示意图。

图5是本发明中体现两个摄像头距离增加后摄像范围和盲区变化的示意图。

图6是本发明中体现摄像组件转动情况和基线示意图。

图中:1、安装座；2、摄像组件；21、金属散热壳体；211、容纳槽；2121、贴合槽；213、摄像元件；2131、摄像头；22、上盖；221、玻璃镜片；222、珀耳帖元件；3、驱动组件；31、齿环；311、稳定杆；312、第一齿圈；313、第二齿圈；314、指针；32、转动轴；33、驱动齿轮；34、快换件；4、稳定环；41、稳定槽；5、变距刻度；61、中部盲区；62、外部盲区；63、基线；64、摄像范围线；65、示例物品。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明公开了一种可变基线双目视觉系统，包括安装座1，安装座1上转动连接有两个摄像组件2，两个摄像组件2沿安装座1的轴线相对设置。安装座1上还设有驱动组件3，驱动组件3用于驱动两个摄像组件2相对或相背转动，以调节拍摄视野，改变测量基线。安装座1朝向摄像组件2一端的中部还可拆卸连接有快换件34，快换件34与安装座1可通过螺栓连接，便于快换件34的更换，快换件34可以是机械爪、补光灯等，可根据实际应用场景灵活更换。

参照图2和图3，驱动组件3包括齿环31、转动轴32和驱动齿轮33，转动轴32设有两个，每个转动轴32的一端均穿过安装座1并与同侧的摄像组件2连接，驱动齿轮33也设有两个，每个驱动齿轮33与同侧的转动轴32同轴固定连接。安装座1远离摄像组件2的一端一体成型有稳定环4，齿环31套于稳定环4上。齿环31上螺纹连接有稳定杆311，稳定环4的侧壁上则沿自身的周向开设有稳定槽41，稳定杆311插于稳定槽41内，便于实现齿环31的轴向限位，同时便于齿环31相对安装座1转动。稳定杆311可采用螺栓。为便于提升齿环31转动的稳定性，稳定杆311和稳定槽41沿稳定环4的周向设有多组，可以是两组，可以是三组。稳定槽41的长度根据齿环31的转动角度和位置来进行设置，稳定槽41的两端分别代表齿环31转动的起点和终点。

齿环31内壁上固定连接有第一齿圈312，第一齿圈312同时与两个驱动齿轮33啮合，便于驱动两个驱动齿轮33同步转动。齿环31的外壁则固定连接有第二齿圈313，便于与安装于机械臂上的驱动源实现传动，本实施例中驱动源可以是步进电机与外齿轮的组合。驱动源也可以将动力直接传递给第一齿圈312，具体可根据机械臂的结构进行设计。

参照图1，摄像组件2整体呈圆弧形，更为美观。摄像组件2收起时，两组摄像组件2沿安装座1轴向的投影位于安装座1内，且摄像组件2远离安装座1中心线的一侧与安装座1平齐。这样的设置，使得摄像组件2能够进行周向收纳，减少机械臂移动时，摄像组件2与其他物品发生碰撞的可能；同时，摄像组件2的周向收纳也便于摄像组件2穿过一些狭隘区域，并在穿过狭隘区域后再进行展开，进一步加强了通用性。摄像组件2处于收纳状态时，两个摄像组件2均与快换件34抵接，且快换件34与摄像组件2接触的部分设置为圆弧面，增加接触面积，减少摄像组件2与快换件34接触而发生损坏的可能。此外，快换件34可对摄像组件2产生定位作用，即摄像组件2与快换件34接触时为摄像组件2的基准位置。

参照图4，摄像组件2包括金属散热壳体21，金属散热壳体21与转动轴32远离驱动齿轮33的一端固定连接，便于跟随转动轴32转动。金属散热壳体21上开设有容纳槽211，容纳槽211内放置有摄像元件213，摄像元件213可以是PCB板、摄像头等。金属散热壳体21的材质包括铝，可以是6010号铝，重量较轻、强度较高且具备较好的热传导性，便于进行散热。利用金属材料本身的热传导进行散热，相比于传统的设置通风口散热，不仅不易沾染灰尘，且结构也更简单。容纳槽211整体呈圆弧状，摄像元件213内的PCB板则与容纳槽211相适配，圆弧状的PCB板与圆弧状的容纳槽211相配合，能够减小受力，减少PCB板发生变形损坏的可能，同时限位效果也更好，减少PCB板在容纳槽211内发生晃动的可能。同时还增加了金属散热壳体21的吸热面积与散热空间，进一步提升了散热效果。容纳槽211的底壁上还开设有若干个贴合槽2121，贴合槽2121与摄像元件213内的PCB板相贴合，便于容纳PCB板上的凸起部分，如元器件或焊点等，故贴合槽2121的具体形状根据PCB板的形状进行设置。

参照图5和图6，两个摄像元件213中的摄像头2131在重叠的摄像范围内，距离摄像位置越近，拍摄的就越清晰，如示例物品65所在位置。两个摄像头2131工作时仍然存在一定的拍摄盲区，中间的为中部盲区61，外侧的为外部盲区62，当两个摄像头2131之间的距离增加时，外部盲区62会缩小，而中部盲区61会增大，两幅图像中的像素差异性会变大，从而可测量深度也变大，故可根据实际情况调节两个摄像头2131之间的距离来测量不同距离的目标物，进而确保采集到的信息的完整性和准确性。本实施例中测距时采用双目测距法，基线63为两个摄像头2131中心之间的连线，基线63越长，则测量范围越远，基线63越短，则测量范围越近。

采用第一齿圈312驱动两个驱动齿轮33转动，再由驱动齿轮33带动转动轴32转动，进而带动摄像组件2摆动的调节方式，一方面能够使得两个摄像组件2在调节时始终保持对称的状态，便于提升双目测距的精度，减小测量误差；另一方面能够通过驱动齿轮33转动的角度来实时计算两个摄像元件213之间的基线63的距离，进而实现实时检测，解决了摄像元件213位置调整后因无法及时获得基线63数据而难以实现测距的问题。驱动源中的步进电机可直接与控制系统电连接，便于及时将摄像元件213转动的角度数据传输给控制系统。

参照图1，齿环31的侧壁上设有指针314，安装座1的侧壁上沿自身周向设有变距刻度5，指针314与变距刻度5对应设置，便于操作人员实时知晓两个摄像组件2转动的情况。变距刻度5显示角度，由指针314进行指示，可与控制系统内显示的摄像元件213转动角度进行对照，方便操作人员核对，若控制系统收到的数据发生错误，可尽早发现并及时排查与修正。

金属散热壳体21上卡接有上盖22，上盖22上安装有与摄像元件213中摄像头对应的玻璃镜片221，玻璃镜片221沿安装座1轴向的投影将摄像元件213中的摄像头覆盖。上盖22上还固定连接有珀耳帖元件222，珀耳帖元件222与摄像元件213中的PCB板电连接，以便获取电流。珀耳帖元件222的吸热端位于上盖22内，且朝向摄像元件213设置，珀耳帖元件222的放热端则位于上盖22外，且环绕并朝向玻璃镜片221设置。工作时，珀耳帖元件222的吸热端吸收摄像元件213产生的热量，并将热量自放热端发散至空气中。发散的过程中，可同时提升玻璃镜片221的温度，减少因温度较低而导致玻璃镜片221表面起雾的情况产生。珀耳帖元件222可采用CUI Devices生产的arcTEC™结构的珀耳帖模块。

工作原理：工作时，通过金属散热壳体21来传导摄像元件213产生的热量，同时对摄像元件213进行支撑，保证较高强度的同时，尽可能的降低了成本

需要调节两个摄像组件2的摄像头的距离时，齿环31转动，带动两个驱动齿轮33同步转动，两个驱动齿轮33再带动两个摄像组件2相背或相对转动，进而改变两个摄像头之间的距离，适应不同的场合。两个摄像头之间的距离与两个摄像头之间的基线距离成正比，两个摄像头的基线距离越近时，则拍摄的近处的画面更清晰，测量的范围更近；两个摄像头的基线距离越远时，则可以拍摄更加宽广的画面，测量的范围也更远。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种可变基线双目视觉系统，其特征在于：包括

安装座(1)；

摄像组件(2)，所述摄像组件(2)设有两个，且均与安装座(1)转动连接；

驱动组件(3)，所述驱动组件(3)用于驱动两个摄像组件(2)相对或相背转动，以调节拍摄视野；

所述驱动组件(3)包括

齿环(31)，所述齿环(31)与安装座(1)相对转动；

转动轴(32)，所述转动轴(32)设有两个，每个所述转动轴(32)的一端与同侧的摄像组件(2)连接，

驱动齿轮(33)，所述驱动齿轮(33)设有两个，每个所述驱动齿轮(33)与同侧的转动轴(32)同轴连接；

所述齿环(31)同时与两个驱动齿轮(33)啮合；

所述摄像组件(2)收起时，两个所述摄像组件(2)沿安装座(1)轴向的投影位于安装座(1)内；

所述摄像组件(2)呈圆弧形，所述摄像组件(2)收起时，所述摄像组件(2)远离安装座(1)中心线的一侧与安装座(1)平齐。

2.如权利要求1所述的可变基线双目视觉系统，其特征在于：所述安装座(1)上设有稳定环(4)，所述齿环(31)套于稳定环(4)上，所述齿环(31)上设有稳定杆(311)，所述稳定环(4)上沿自身周向设有稳定槽(41)，所述稳定杆(311)位于稳定槽(41)内。

3.如权利要求1所述的可变基线双目视觉系统，其特征在于：所述齿环(31)内设有第一齿圈(312)，所述第一齿圈(312)同时与两个驱动齿轮(33)啮合，所述齿环(31)外设有第二齿圈(313)。

4.如权利要求1所述的可变基线双目视觉系统，其特征在于：所述摄像组件(2)包括

金属散热壳体(21)，所述金属散热壳体(21)与转动轴(32)连接，所述金属散热壳体(21)上设有容纳槽(211)；

摄像元件(213)，所述摄像元件(213)设于容纳槽(211)内。

5.如权利要求4所述的可变基线双目视觉系统，其特征在于：所述金属散热壳体(21)的材质包括铝。

6.如权利要求4所述的可变基线双目视觉系统，其特征在于：所述安装座(1)上可拆卸连接有快换件(34)，所述快换件(34)位于两个摄像组件(2)之间。

7.如权利要求6所述的可变基线双目视觉系统，其特征在于：所述金属散热壳体(21)上设有上盖(22)，所述上盖(22)上设有供光线进入摄像元件(213)的玻璃镜片(221)，所述上盖(22)上还设有珀耳帖元件(222)，所述珀耳帖元件(222)的吸热端位于上盖(22)内，且朝向摄像元件(213)设置，所述珀耳帖元件(222)的放热端位于上盖(22)外，且朝向玻璃镜片(221)设置。

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