CN209181735U - 基于激光器的两栖三维视觉探测装置 - Google Patents
基于激光器的两栖三维视觉探测装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种基于激光器的两栖三维视觉探测装置，属于三维视觉探测装置技术领域。本实用新型利用点、线激光器搭配提供主动特征的陆上双目立体视觉测量和水下多特征结构光测量相结合的两栖可测量三维物体并获得其位置和姿态的装置。该方法成功的将25条线激光、1个点激光作为特征，解决了双目立体视觉被动测量的技术难题，同时以点激光为标志位，匹配其余光条，避免了光条由于水下复杂环境引起的错误识别，提高了匹配准确率。每幅图可以获得25倍相比于传统结构光测量的数据，从而获得了水下清晰的物体特征数据，高精度的求解出复杂、高遮挡、点云稀疏等多种复杂情况下的三维位置姿态。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于激光器的两栖三维视觉探测装置，属于三维视觉探测装置技术领域。
背景技术
早在20世纪80年代美国国家标准局就预计,检测任务的80％乃至90％将由视觉测量系统来完成,该预测至今已基本变成现实。近年来,随着机器视觉的迅速发展,机器视觉技术的快速性、精确性、智能化特性已广泛应用到各行各业中。
目前，公知的水下三维探测装置，有声学探测和光学探测两种途径，声学探测技术探测距离远，但成像的空间分辨率较差，难以完全适应高精度的要求；光电探测技术分辨率高，但光线在水中迅速衰减，探测距离短，而且在深海情况下需要辅助照明。现在主要采用特殊的光电成像探测方法在保证分辨率和精度的情况下满足对测量距离的要求，包括距离选通光电成像技术，激光线同步扫描成像技术，偏振光成像技术，双目立体视觉探测与结构光探测技术等。
双目立体视觉测量技术其原理是：由两台摄像机从不同角度获取目标物体的两幅数字图像，或者一台摄像机在不同时刻从不同角度获取目标物体的两幅数字图像，并基于视差原理恢复原物体的三维几何信息，实现目标物体的三维探测。结构光三维视觉测量技术是基于光学三角法测量原理。其利用相距一定距离的激光投射器和摄像机，将一定模式的结构光投射于被测物体表面，形成调制光条，经由摄像机获取后形成光条的二维图像，经过一定运算即可重现物体表面的三维特征。
但是，由于测量环境的复杂性，尤其是光照情况的影响，其应用也面临更多的技术问题与不可避免的缺陷。首先，对摄像机的标定提出了更高的要求，通用的陆上标定方法所获得的摄像机参数不能直接运用。其次，对于水下双目立体视觉，光的折射致使极限约束不再准确。再次，由于光线在水中传播的衰减、散射，以及水体情况的影响，双目立体视觉的有效探测距离较低。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提出了一种基于激光器的两栖三维视觉探测装置。
本实用新型的目的是，提出了一种基于激光器的两栖三维视觉探测装置，包括：
控制装置，用于发送图像采集信号、传输图像信息、运行计算得出标定结果和三维扫描点云结果以及获得物体识别结果；
传输装置，为信号交换板(300)，负责发送采集图像命令、传输图像信息；
测量装置，包括线激光器(301)、LED照明装置(302)、工业相机(303)、点激光器(304)、滤光片(305)，其中，工业相机(303)，通过信号交换板(300)与控制装置相连，用于采集图像信息；左右两工业相机(303)的光轴夹角在30°-60°之间，LED照明装置(302)位于两个工业相机(303)内侧，单独电源控制；滤光片(305)平行于工业相机(303)镜头安装，线激光器(301)位于两工业相机(303)中间，平行排列安装；点激光器(304)位于中间位置，陆上为双目立体视觉提供主动特征，水下作为结构光视觉的一部分；
控制装置通过网线与传输装置连接，传输装置独立电源供电同时网线连接测量装置。
优选地，所述传输装置，同控制装置一起封装于防水外壳内；控制装置，为计算机，独立于封装体。
优选地，所述工业相机(303)与滤光片平行，点激光器(304)、线激光器(301)与封装玻璃面平面垂直。
优选地，所述点激光器(304)，用于标定基准点，提供识别特征；所述线激光器(301)，用于发出线激光，作为结构光视觉的组成部分同时为双目立体视觉提供主动特征；点激光器(304)的竖向位置位于相邻两个线激光器(301)之间，且线激光器(301)与点激光器(304)的轴线平行。
优选地，所述工业相机(303)内侧安装有LED面阵光源，LED面阵光源安装在T型光源支架上，在LED面阵光源内侧安装有点激光器(304)和线激光器(301)，点激光器(304)和线激光器(301)的照射方向与LED面阵光源保持一致，且照射角度可以调整，保证光照均匀。
本实用新型的效果是：(1)本实用新型所述的基于激光器的两栖三维视觉探测装置:采用激光器提供主动特征，成功了解决了经典双目视觉中需要在被测物体上粘贴标识的被动测量的技术难题。(2)采用25个激光器，同时提供25个线特征，解决了结构光测量方法中每幅图像特征少的问题。(3)采用点激光器作为光条的标识点，减少光条的误匹配率，提高整体测量精度。(4)实现陆上应用双目立体视觉原理，水下应用结构光测量原理的水陆两栖测量。
附图说明
图1：是本实用新型所述装置的俯视图；
图2：是本实用新型所述装置的主视图；
具体实施方式
为了使本实用新型目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实施例，对本实用新型作进一步详细说明。
图1至图2示出本实用新型一实施例的示意性结构图，如图所示，该探测装置包括工业相机(303)、点激光器(304)、线激光器(301)，滤光片(305)，LED照明装置(302)和通信装置(300)。
其中，所述点激光器提供识别特征，所述线激光器作为结构光视觉的组成部分同时为双目立体视觉提供主动特征，所述通信装置连接相机与计算机，负责传送采集图像命令、传输图像信息。
图1示出本实用新型一实施例的双目立体视觉标定示意图，左右相机(107、108)同时拍摄编码点靶标，获取不同位置下的靶标五姿态图像(105、106)。靶标姿态分别为：系统正对姿态(100)、向上倾斜姿态(101)、向下倾斜姿态(102)、向左倾斜姿态(103)、向右倾斜姿态(104)。
图2示出本实用新型一实施例的结构光视觉标定示意图，图示激光器(200)、相机坐标系(201)、像面(202)、像面坐标系(203)、像素坐标系(204)、激光平面坐标(205)、物点(206)、世界坐标(207)。首先利用张正友的多平面标定法，对摄像机的内参数与外参数包括径向畸变和切向畸变参数进行标定。然后，对激光光平面进行标定。具体实现步骤如下：
步骤1：将靶标变换多个位置，每个位置下直接得到在靶标坐标系下的点。
步骤2：每个位置下进行单目标定，得到从世界坐标系到摄像机坐标系的关系。
步骤3：将每个位置下得到点变换到摄像机坐标系中。
步骤4：从摄像机坐标系变换到靶标第一个位置坐标系。
步骤5：拟合光平面，获得光平面与摄像机坐标的位置关系。
本实用新型的效果是：(1)本实用新型所述的基于激光器的两栖三维视觉探测装置:采用激光器提供主动特征，成功了解决了经典双目视觉中需要在被测物体上粘贴标识的被动测量的技术难题。(2)采用25个激光器，同时提供25个线特征，解决了结构光测量方法中每幅图像特征少的问题。(3)采用点激光器作为光条的标识点，减少光条的误匹配率，提高整体测量精度。(4)实现陆上应用双目立体视觉原理，水下应用结构光测量原理的水陆两栖测量。
本实用新型可广泛运用于三维视觉探测装置场合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并不以本实用新型为限制，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的专利涵盖范围内。
Claims (5)
1.一种基于激光器的两栖三维视觉探测装置，其特征在于，包括：
控制装置，用于发送图像采集信号、传输图像信息、运行计算得出标定结果和三维扫描点云结果以及获得物体识别结果；
传输装置，为信号交换板(300)，负责发送采集图像命令、传输图像信息；
测量装置，包括线激光器(301)、LED照明装置(302)、工业相机(303)、点激光器(304)、滤光片(305)，其中，工业相机(303)，通过信号交换板(300)与控制装置相连，用于传输图像信息；左右两工业相机(303)的光轴夹角在30°-60°之间，LED照明装置(302)位于两个工业相机(303)内侧，单独电源控制；滤光片(305)平行于工业相机(303)镜头安装；线激光器(301)位于两工业相机(303)中间，平行排列安装，点激光器(304)位于中间位置，陆上为双目立体视觉提供主动特征，水下作为结构光视觉的一部分；
控制装置通过网线与传输装置连接，传输装置独立电源供电同时网线连接测量装置。
2.根据权利要求1所述的基于激光器的两栖三维视觉探测装置，其特征在于，所述传输装置，同测量装置一起封装于防水外壳内；控制装置，为计算机，独立于封装体。
3.根据权利要求1所述的基于激光器的两栖三维视觉探测装置，其特征在于，所述工业相机(303)与滤光片平行，点激光器(304)、线激光器(301)与玻璃平面垂直。
4.根据权利要求1所述的基于激光器的两栖三维视觉探测装置，其特征在于，所述点激光器(304)，用于标定基准点，提供识别特征；所述线激光器(301)，用于发出线激光，作为结构光视觉的组成部分同时为双目立体视觉提供主动特征；点激光器(304)的竖向位置位于相邻两个线激光器(301)之间，且线激光器(301)与点激光器(304)的轴线平行。
5.根据权利要求1所述的基于激光器的两栖三维视觉探测装置，其特征在于，所述工业相机(303)内侧安装有LED面阵光源，LED面阵光源安装在T型光源支架上，在LED面阵光源内测安装有点激光器(304)和线激光器(301)，点激光器(304)和线激光器(301)的照射方向与LED面阵光源基本保持一致，且光源照射角度可以调整。
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| CN110044300B (zh) * | 2019-01-22 | 2024-04-09 | 中国海洋大学 | 基于激光器的两栖三维视觉探测装置及探测方法 |
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