本发明专利技术提供了一种激光视觉扫描系统的标定方法及装置，属于机器视觉技术领域。它解决了现有技术中激光视觉扫描系统标定的问题。本激光视觉扫描系统的标定方法及装置，包括标准球、相机，激光扫描仪通过法兰盘固定在机器臂末端，扫描仪上设置有相机可识别的圆形标志点。标定方法：步骤一，确定整体坐标转换关系；步骤二：不同坐标系下标志点的同名点匹配；步骤三：激光坐标系下标准球球心的拟合求解；步骤四：标志点坐标系与激光坐标系的标定求解本发明专利技术。通过在扫描仪上随意粘贴圆形标志点实现鲁棒的精准定位。建立以标准球球心为特征点的标定模型，结合标准球球心在相机的坐标，得到扫描仪坐标系和标志点坐标系的旋转矩阵、平移向量。向量。向量。
【技术实现步骤摘要】
一种激光视觉扫描系统的标定方法及装置
[0001]本专利技术属于机器视觉
，特别是一种机器视觉标定技术。
技术介绍
[0002]在激光扫描测量系统中，激光扫描仪通过法兰盘固定在机械臂末端，但是激光扫描仪纹理较少，特征不明显，难于标定。
[0003]激光扫描仪坐标系需要统一到相机定位坐标系下，即完成两者的坐标转换，这是完成坐标统一转换的重要环节。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种激光视觉扫描系统的标定方法及装置，本激光视觉扫描系统的标定方法及装置利于对激光扫描仪的识别，使得激光扫描仪坐标系方便的统一到相机定位坐标系下。
[0005]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种激光视觉扫描系统的标定装置，包括标准球、相机，激光扫描仪通过法兰盘固定在机器臂末端，扫描仪上设置有相机可识别的圆形标志点。
[0006]在某些实施方式中，标准球设置在变形架上，所述变形架包括数个弧形剪叉单元，相邻两个弧形剪叉单元端部通过端部铰链彼此连接，弧形剪叉单元包括第一连杆与第二连杆，第一连杆与第二连杆中部通过中部铰链连接，外侧端部铰链上设置滑套，滑套内滑动的穿过有导杆，所述导杆一端连接内侧端部铰链，另一端设置标准球，相对的两个内侧端部铰链之间设置有伸缩控制装置。
[0007]在某些实施方式中，所述伸缩控制装置由转动装置控制在垂直标准球所在的平面转动。
[0008]一种激光视觉扫描系统的标定方法：
[0009]步骤一，确定整体坐标转换关系；
[0010]步骤二：不同坐标系下标志点的同名点匹配；
[0011]步骤三：激光坐标系下标准球球心的拟合求解；
[0012]步骤四：标志点坐标系与激光坐标系的标定求解。
[0013]在某些实施方式中，同名点匹配方法如下：
[0014](1)构建基准距离库，对于散乱粘贴在激光扫描仪上的圆形标志点，以其中一个点为原点，建立平面平行激光扫描仪表面的标志点中间坐标系，得到标志点基于标志点坐标系下的三维坐标，由此计算两两标志点之间的距离，构成基准距离库，第i个点到其他点的距离集为其中的子集，对每个子集中的元素都升序排列；
[0015](2)构建样本距离库，根据相机拍摄到的含有标志点的图像，对图像经过处理后得到标志点在相机坐标系下的三维坐标集合.计算两两标志点之间的距离，得到样本点距离库，对每个子集中的元素都升序排列；
[0016](3)同名点匹配，根据空间距离不变性原则，完成同名点的匹配。
[0017](4)SVD求解转换矩阵，依前面步骤可得在标志点坐标系和相机坐标系两个不同坐标系下的对应标志点三维点坐标，求出标志点中间坐标系到相机定位坐标系的位姿变化关系。
[0018]在某些实施方式中，激光扫描仪在扫描标准球时，激光光束打在球的弧面上会得到一弯贴于球面的点云，根据点云数据拟合出弧面下的圆心坐标以及半径值，结合圆心坐标、弧面半径、球体半径之间的空间几何关系，进而可以推算出球心在扫描仪坐标系下的三维坐标。
[0019]在某些实施方式中，不改变标准球和相机的位置，借助机械臂移动激光扫描仪到任意位置进行多次测量，扫描仪位姿改变，可以得到标志点坐标系与扫描仪坐标系下的球心三维点坐标的多组关系等式，基于关系式利用最小二乘求解得到扫描仪坐标系和标志点坐标系的旋转矩阵、平移向量以及标准球在相机坐标系下的三维坐标值。
[0020]在某些实施方式中，对于机械臂的不同位置，以距离激光扫描仪最近的标准球的球心坐标为特征点，根据需要通过伸缩控制装置调节标准球的位置。
[0021]与现有技术相比，本激光视觉扫描系统的标定方法及装置具有以下优点：
[0022]本专利技术通过在扫描仪上随意粘贴圆形标志点实现鲁棒的精准定位。由于激光扫描仪无法直接准确获得某一特定特征点的坐标，结合其测量特点，建立以标准球球心为特征点的标定模型。利用激光扫描仪在扫描标准球时，激光光束在球的弧面上的点云结合圆弧与球心的几何关系，方便的得到球心在扫描仪坐标系下的三维坐标，继而结合标准球球心在相机的坐标，得到扫描仪坐标系和标志点坐标系的旋转矩阵、平移向量。
[0023]利用变形架可控制标准球的位置从而避免在机械臂的某些位姿下扫描仪距离标准球造成的误差，条点云拟合的准确度。
附图说明
[0024]在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
[0025]图1是标定装置的示意图；
[0026]图2是基准距离库的示意图；
[0027]图3是样本距离库的示意图；
[0028]图4是标准球标定示意图的示意图；
[0029]图5是实施例二的标定球的示意图；
[0030]图6是变形架变大后的示意图；
[0031]图7是图6的示意图。
[0032]图中，激光扫描仪1，机械臂2，相机3，标准球4，弧形剪叉单元5，第一弧形杆501，第二弧形杆502，中部铰链6，外侧端部铰链7，滑套8，导杆9，内侧端部铰链10，伸缩控制装置11，转动装置12，激光光束13。
具体实施方式
[0033]以下是本专利技术的具体实施例，并结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例，以下实施方式并不限制权利要求书所涉及的专利技术。此外，实施方式中说明的特征的所有组合未必是专利技术的解决方案所必须的。
[0034]本领域的普通技术人员应理解，所有的定向参考(例如，上方、下方、向上、上、向下、下、顶部、底部、左、右、垂直、水平等)描述性地用于附图以有助于读者理解，且不表示(例如，对位置、方位或用途等)对由所附权利要求书限定的本专利技术的范围的限制。另外，术语“基本上”可以是指条件、量、值或尺寸等的轻微不精确或轻微偏差，其中的一些在制造偏差或容限范围内。
[0035]实施例一
[0036]如图1、2、3、4所示，一种激光视觉扫描系统的标定装置，在激光扫描测量系统中，激光扫描仪1通过法兰盘固定在机械臂2末端，由于激光扫描仪纹理较少，特征不明显，为了方便视觉定位扫描仪的位置，通过在扫描仪上随意粘贴圆形标志点实现鲁棒的精准定位。
[0037]为了将扫描仪坐标系下的被测工件点云数据统一到相机3定位坐标系下，首先需要确定扫描仪坐标系和标志点中间坐标系之间的转换关系，这是完成坐标统一转换的重要环节。其中标志点粘贴在激光扫描仪上，这两个坐标系的转换在测量过程中不发生变化，可以看成是一个刚体变换。
[0038]但由于激光扫描仪无法直接准确获得某一特定特征点的坐标，结合其测量特点，建立以标准球4球心为特征点的标定模型。
[0039]步骤一：确定整体坐标转换关系
[0040]在整个柔性三维测量系统中，以O
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光视觉扫描系统的标定装置，其特征在于，包括标准球、相机，激光扫描仪通过法兰盘固定在机器臂末端，扫描仪上设置有相机可识别的圆形标志点。2.根据权利要求1所述的激光视觉扫描系统的标定装置，其特征在于，标准球设置在变形架上，所述变形架包括数个弧形剪叉单元，相邻两个弧形剪叉单元端部通过端部铰链彼此连接，弧形剪叉单元包括第一连杆与第二连杆，第一连杆与第二连杆中部通过中部铰链连接，外侧端部铰链上设置滑套，滑套内滑动的穿过有导杆，所述导杆一端连接内侧端部铰链，另一端设置标准球，相对的两个内侧端部铰链之间设置有伸缩控制装置。3.根据权利要求1所述的激光视觉扫描系统的标定装置，其特征在于，所述伸缩控制装置由转动装置控制在垂直标准球所在的平面转动。4.一种根据权利要求1或2或3所述激光视觉扫描系统的标定装置的标定方法，其特征在于：步骤一，确定整体坐标转换关系；步骤二：不同坐标系下标志点的同名点匹配；步骤三：激光坐标系下标准球球心的拟合求解；步骤四：标志点坐标系与激光坐标系的标定求解。5.根据权利要求4所述的激光视觉扫描系统的标定方法，其特征在于，同名点匹配方法如下：(1)构建基准距离库，对于散乱粘贴在激光扫描仪上的圆形标志点，以其中一个点为原点，建立平面平行激光扫描仪表面的标志点中间坐标系，得到标志点基于标志点坐标系下的三维坐标，由此计算两两标志点之间的距离，构成基准距离库，第i个点到其他点的距离集为其中的子集，对每个子集...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗哉，巫春燕，杨力，江文松，胡晓峰，范伟军，郭斌，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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