基于机器人系统的线结构光视觉传感器标定新方法

　　引 言

　　线结构光视觉测量技术的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。线结构光视觉测量的关键技术之一就是线结构视觉传感器模型的获取，即标定问题。标定的精度直接影响线结构光视觉传感器的测量精度，而确定标定特征点的三维实际坐标与对应的二维图像坐标是标定问题的关键。在满足准确度的情况下，如何方便、准确地确定特征点坐标及准确求解传感器模型参数是视觉测量系统标定的重要内容。

　　目前，针对获取标定点的主要方法有拉丝法、锯齿靶法。、交比不变法等。但这些方法都存在着一些问题，如，获取的标定点数目少、特征点图像坐标提取困难、标定过程复杂等。为了方便、准确地得到传感器的模型，本文提出了一种新的基于一维圆靶的线结构光视觉传感器标定特征点获取方法，该方法不需要额外对光平面进行标定，通过一维圆靶和机械手臂的运动获取一系列光平面上的特征点。传感器模型参数的求解是在对Tsai两步法简化的基础上，获得一种线性求解摄像机内部参数的简单算法。从特征点的提取到传感器模型参数的求解本文提出的方法都大大提高了效率，降低了标定的时间，且标定精度较高，为机器人三维激光测量系统的研制开发奠定了理论基础。

　　1 机器人三维激光测量系统的组成与测量原理

　　如图1所示，机器人三维激光测量系统由半导体线式激光器、激光控制器、CCD摄像机、图像采集卡、计算机、六自由度机械手臂、电机运动控制卡和待测工件组成，其中，半导体线式激光器用于发射激光线到待测工件表面，激光控制器用于调整激光的强度，其光线在CCD摄像机上成像，图像采集卡用于接收摄像机送出的视频信号，并将其转换为数字信号送入计算机，再由计算机对采集的图像进行图像处理，提取激光线的二维信息，通过标定得到的线结构光视觉传感器的数学模型，计算工件的深度和纵向信息，再由六自由度机器人带动激光器和摄像机作横向运动，通过计算机对电机运动控制卡的信息提取得到横向信息，从而得到与激光条纹图像信息匹配的工件表面的三维空间坐标。

　　2 线结构光视觉传感器标定原理

　　2.1 标定点数据获取方法

　　为了准确获取标定特征点，这里，设计了一为光平面对准特殊设计的圆阵列平面标靶，标靶采用精密光刻的一排间隔为3 mm的圆图案的玻璃板，圆阵列两侧分别刻了2条过圆心轴的校准线，此标靶精度达到