本发明专利技术涉及一种基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统及测量方法，属于视觉测量领域。包括CCD摄像机、工业计算机、千兆网线、水平工作平台，其特征在于：还包括圆结构光投射器；圆结构光投射器与CCD摄像机通过调整支架设置于水平工作平台上方，且CCD摄像机的光轴方向与圆结构光投射器的轴线方向平行；CCD摄像机为数字针孔摄像机，通过千兆网线与工业计算机通讯。本发明专利技术适用于测量静止目标的姿态，可根据圆结构光投射器投射到被测目标表面的结构光光条的数学参数，实现目标姿态的测量，解决了无法在被测目标表面设置固定特征来配合单目摄像机实现目标姿态测量的难题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统及测量方法，属于视觉测量领域。
技术介绍
近年来，基于视觉的目标姿态测量技术不断发展，主要分为两大类，基于双目视觉系统的目标姿态测量技术和基于单目视觉系统的目标姿态测量技术。其中，基于双目视觉系统的目标姿态测量技术使用两台摄像机对目标姿态进行测量，这种方法视场范围小、测量距离短、成本较高；而基于单目视觉系统的目标姿态测量技术仅使用单台摄像机对目标姿态进行测量，不仅克服了双目视觉系统视场范围小等缺点，而且技术实现相对简单。目前，基于单目视觉的目标姿态测量技术通常是在被测目标表面设置坐标参数已知的特征点，然后用摄像机拍摄设置有特征点的目标，得到目标表面的特征点在像平面坐标系中的坐标后，再结合特征点在世界坐标系中的约束关系，测量出被测目标的姿态参数，即PNP（Perspective-n-Point）问题。这种技术的前提是必须已知特征点在世界坐标系中的坐标参数。还有其他测量技术是利用被测目标上已存在的直线、曲线、区域等几何特征实现目标的姿态测量。总之，以上方法都是利用被测目标上已存在的固定特征配合单目摄像机实现目标姿态测量，这在无法设置固定特征的工业流水线等实际工程领域中无法应用。
技术实现思路
为解决实际工程中无法在被测目标表面设置固定特征来配合单目视觉系统实现目标姿态测量的难题，本专利技术提供一种基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统及测量方法。根据圆结构光投射器投射到被测目标表面的结构光光条的数学参数实现目标的姿态测量。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统，包括CCD摄像机、工业计算机、千兆网线、水平工作平台，还包括圆结构光投射器；圆结构光投射器与CCD摄像机通过调整支架设置于水平工作平台上方，且CCD摄像机的光轴方向与圆结构光投射器的轴线方向平行；CCD摄像机为数字针孔摄像机，通过千兆网线与工业计算机通讯。上述基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统的测量方法，按下述步骤进行：（1）根据被测工件的大小调整摄像机支架的高度，使圆结构光投射器能够完全在被测工件表面成像，同时保证被测工件图像占CCD摄像机成像平面的1/2以上；（2）利用摄像机标定板对CCD摄像机进行标定，获取CCD摄像机的内外参数；（3）将被测工件按一定姿态放置在水平工作平台之上，调整被测工件的位置，使其在CCD摄像机的视场范围内，此时被测工件表面与圆结构光投射器投射出的圆锥曲面相交，在被测工件表面形成了结构光光条；（4）利用CCD摄像机拍摄被测工件，CCD摄像机将采集到的被测工件图像信息通过千兆网线传输到工业计算机；（5）利用工业计算机对被测工件图像进行分析与处理，得到被测工件表面结构光光条在摄像机坐标系中的法向量；利用坐标转换将摄像机坐标系中的法向量转换到世界坐标系中；（6）将被测工件表面圆结构光光条的法向量根据几何三角关系解算出被测工件的姿态。采用上述技术方案的本专利技术，与现有技术相比，其突出的特点是：将圆结构光投射器引入单目视觉系统中，圆结构光投射器投射出锥角很小的圆锥光曲面，和被测目标相交形成结构光光光条，该结构光光条会在CCD摄像机的成像平面成像；被测目标表面的结构光光条会随着被测目标姿态变化而发生变化，同样摄像机成像平面的像也发生变化；CCD摄像机将采集到的图像信息传输到工业计算机，工业计算机对图像信息进行分析与处理。本专利技术根据圆结构光投射器投射到目标表面的结构光光条的数学参数，实现目标姿态的测量。有效地解决了实际工程中无法在被测目标表面设置固定特征来配合单目视觉系统实现目标姿态测量的难题。作为优选，本专利技术更进一步的技术方案是：所述的调整支架包括摄像机支架、圆结构光投射器固定架、连接板，摄像机支架由立杆和装配在立杆上且上、下位置可调的横支架构成，立杆底部与水平工作平台台面固定，横支架上固定CCD摄像机，圆结构光投射器固定架通过连接板与CCD摄像机连接，圆结构光投射器固定在圆结构光投射器固定架中根据实际被测目标的大小适当调节横支架的高度，以保证被测目标能够完全在摄像机的成像平面成像，并且占成像平面的1/2及以上；将圆结构光投射器放置到圆结构光投射器固定架里，利用螺母对圆结构光投射器进行固定，固定好的圆结构光投射器与CCD摄像机之间的距离L为固定值。附图说明图1为本专利技术实施例的目标姿态测量系统结构示意图；图2本专利技术实施例的目标姿态测量系统模型图；图3本专利技术实施例的被测工件图像处理过程方框图；图中：1-CCD摄像机；2-圆结构光投射器；3-连接板；4-摄像机支架；5-圆结构光投射器固定架；6-工业计算机；7-水平工作平台；8-千兆网线；41-立杆；42-横支架。具体实施方式下面结合附图给出的实施例对本专利技术作进一步阐述，但实施例不对本专利技术构成任何限制。参见图1，基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统由CCD摄像机1、圆结构光投射器2、连接板3、摄像机支架4、圆结构光投射器固定架5、工业计算机6、水平工作平台7、千兆网线8组成，圆结构光投射器2与CCD摄像机1通过调整支架设置于水平工作平台7上方，调整支架由摄像机支架4、圆结构光投射器固定架5和连接板3构成，摄像机支架4由立杆41和装配在立杆41上且上、下位置可调的横支架42构成，立杆41底部与水平工作平台7台面固定，横支架42上固定CCD摄像机1，圆结构光投射器固定架5通过连接板3与CCD摄像机1连接，圆结构光投射器2固定在圆结构光投射器固定架5中，且CCD摄像机1的光轴方向与圆结构光投射器2的轴线方向平行，CCD摄像机1为数字针孔摄像机，通过千兆网线8与工业计算机6通讯。CCD摄像机1的型号：FL3-GE-03S2C-C（灰点公司）；图像像素：648488；像素尺寸：7.4μm7.4μm；帧频：82FPS；曝光时间：0.08s；镜头焦距：8mm。圆结构光投射器2的型号：FU650XYQ100-GD16（富喆激光）；波长：650nm。工业计算机6的型号：IPC-610L（研华科技）。水平工作平台：1200mm800mm（大恒光电）。基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统的测量方法，按下述步骤进行：（1）根据被测工件的大小适当调整摄像机支架4的高度，使圆结构光投射器2能够完全在被测工件表面成像，同时保证被测工件图像占摄像机成像平面的1/2以上；调整完摄像机支架4的高度之后，利用摄像机标定板对CCD摄像机1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统，包括CCD摄像机、工业计算机、千兆网线、水平工作平台，其特征在于：还包括圆结构光投射器；圆结构光投射器与CCD摄像机通过调整支架设置于水平工作平台上方，且CCD摄像机的光轴方向与圆结构光投射器的轴线方向平行；CCD摄像机为数字针孔摄像机，通过千兆网线与工业计算机通讯。
【技术特征摘要】
1.一种基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统，包括CCD摄像机、工业计算机、
千兆网线、水平工作平台，其特征在于：还包括圆结构光投射器；圆结构光投射器与CCD摄像
机通过调整支架设置于水平工作平台上方，且CCD摄像机的光轴方向与圆结构光投射器的
轴线方向平行；CCD摄像机为数字针孔摄像机，通过千兆网线与工业计算机通讯。
2.按权利要求1所述的基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统，其特征在于：所
述的调整支架包括摄像机支架、圆结构光投射器固定架、连接板，摄像机支架由立杆和装配
在立杆上且上、下位置可调的横支架构成，立杆底部与水平工作平台台面固定，横支架上固
定CCD摄像机，圆结构光投射器固定架通过连接板与CCD摄像机连接，圆结构光投射器固定
在圆结构光投射器固定架中。
3.一种按权利要求1所述的基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量系统的测量方
法，其特征在于，按下述步骤进行：
【专利技术属性】
技术研发人员：陈至坤，徐傲，王福斌，张菡洁，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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