基于機器人系統的線結構光視覺傳感器標定新方法

　　引 言

　　線結構光視覺測量技術的重要意義在于能夠將實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，為實物數字化提供了相當方便快捷的手段。線結構光視覺測量的關鍵技術之一就是線結構視覺傳感器模型的獲取，即標定問題。標定的精度直接影響線結構光視覺傳感器的測量精度，而確定標定特征點的三維實際坐標與對應的二維圖像坐標是標定問題的關鍵。在滿足準確度的情況下，如何方便、準確地確定特征點坐標及準確求解傳感器模型參數是視覺測量系統標定的重要內容。

　　目前，針對獲取標定點的主要方法有拉絲法、鋸齒靶法。、交比不變法等。但這些方法都存在著一些問題，如，獲取的標定點數目少、特征點圖像坐標提取困難、標定過程復雜等。為了方便、準確地得到傳感器的模型，本文提出了一種新的基于一維圓靶的線結構光視覺傳感器標定特征點獲取方法，該方法不需要額外對光平面進行標定，通過一維圓靶和機械手臂的運動獲取一系列光平面上的特征點。傳感器模型參數的求解是在對Tsai兩步法簡化的基礎上，獲得一種線性求解攝像機內部參數的簡單算法。從特征點的提取到傳感器模型參數的求解本文提出的方法都大大提高了效率，降低了標定的時間，且標定精度較高，為機器人三維激光測量系統的研制開發奠定了理論基礎。

　　1 機器人三維激光測量系統的組成與測量原理

　　如圖1所示，機器人三維激光測量系統由半導體線式激光器、激光控制器、CCD攝像機、圖像采集卡、計算機、六自由度機械手臂、電機運動控制卡和待測工件組成，其中，半導體線式激光器用于發射激光線到待測工件表面，激光控制器用于調整激光的強度，其光線在CCD攝像機上成像，圖像采集卡用于接收攝像機送出的視頻信號，并將其轉換為數字信號送入計算機，再由計算機對采集的圖像進行圖像處理，提取激光線的二維信息，通過標定得到的線結構光視覺傳感器的數學模型，計算工件的深度和縱向信息，再由六自由度機器人帶動激光器和攝像機作橫向運動，通過計算機對電機運動控制卡的信息提取得到橫向信息，從而得到與激光條紋圖像信息匹配的工件表面的三維空間坐標。

　　2 線結構光視覺傳感器標定原理

　　2.1 標定點數據獲取方法

　　為了準確獲取標定特征點，這里，設計了一為光平面對準特殊設計的圓陣列平面標靶，標靶采用精密光刻的一排間隔為3 mm的圓圖案的玻璃板，圓陣列兩側分別刻了2條過圓心軸的校準線，此標靶精度達到