一种实现线激光3D相机高精度测量外圆柱面的校准方法技术

本发明专利技术公开了一种实现线激光3D相机高精度测量外圆柱面的校准方法，包括：S1、通过线激光3D相机获取圆柱工件外表面的深度图像，计算机记录深度图像的每一行数据的深度信息和坐标信息，并计算每行的平均深度；S2、生成圆柱工件的深度变化集合；S3、建立圆柱工件的偏心深度变化函数关系式并对深度变化集合进行拟合，计算圆柱工件的偏心量及偏心方向角；S4、建立相机偏移深度变化函数关系式并对拟合偏差进行拟合，计算相机的偏移量；S5、重复步骤S3、S4操作，直至圆柱工件的偏心量、偏心方向角和相机偏移量与上一轮数据之差均小于预设值，结束迭代。本发明专利技术能实现自适应误差消除，保证了线激光3D相机对外圆柱面的高精度测量。激光3D相机对外圆柱面的高精度测量。激光3D相机对外圆柱面的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种实现线激光3D相机高精度测量外圆柱面的校准方法


[0001]本专利技术是涉及一种实现线激光3D相机高精度测量外圆柱面的校准方法，属于图像测量


技术介绍

[0002]线激光3D相机在工业中可用于圆柱工件3维重建，利用该相机激光扫描圆柱工件外表 面，并通过捕获激光线，可利用三角法来计算圆柱工件外表面的深度信息和保存该位置的 灰度值和深度值。具体如附图1所示，3D相机被固定在由回转电机控制驱动的回转平台上， 回转电机由PLC控制器驱动并自带编码器，相机工作模式为编码器触发的线扫描方式，通 过编码器的触发信号来保证相机和回转的同步执行，工作的时候，PLC控制器驱动回转电 机转动，回转电机驱动回转平台转动进而带动3D相机转动，与此同时，回转电机上的编码 器向3D相机发送触发信号，3D相机接收到编码器的触发信号后对圆柱工件进行扫描，这 样即可通过编码器的触发信号来保证相机和回转的同步执行，相机每次采样均可获得该位 置的一条轮廓信息，逐条扫描形成圆柱工件外表面的深度图像，形成的深度图像最后发送 至计算机进行处理。
[0003]但是在实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现线激光3D相机高精度测量外圆柱面的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、通过线激光3D相机获取圆柱工件外表面的深度图像，并将深度图像传递给计算机，计算机记录深度图像的每一行数据的深度信息和坐标信息，并对每行深度信息利用RANSAC方法去除数据中存在的异常点，再对剩余点进行最小二乘法，然后计算每行的平均深度并记录；S2、遍历深度图像的每一行数据，并将每行数据记录的平均深度根据其所对应的角度生成圆柱工件的深度变化集合；S3、建立圆柱工件的偏心深度变化函数关系式并对深度变化集合进行拟合，通过变化曲线计算圆柱工件的偏心量及偏心方向角，并记录各点的拟合偏差；S4、建立相机偏移深度变化函数关系式并对拟合偏差进行拟合，通过变化曲线计算相机的偏移量，并记录各点的拟合偏差；S5、重复步骤S3、S4操作，直至圆柱工件的偏心量、偏心方向角和相机偏移量与上一轮数据之差均小于预设值，结束迭代。2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，步骤S1的具体操作如下：a)通过PLC控制器驱动回转电机，回转电机驱动回转平台回转进而带动回转平台上的线激光3D相机回转，同时回转电机上的编码器向线激光3D相机发送触发信号，线激光3D相机接收到编码器的触发信号后对圆柱工件进行激光扫描，以获取圆柱工件外表面的深度图像并将深度图像传递给计算机；b)计算机记录深度图像的每一行数据的深度信息和坐标信息：设定第i行第j列数据的深度信息为坐标信息为则第i行的数据集合c)计算机对每行深度信息利用RANSAC方法去除数据中存在的异常点，再对剩余点进行最小二乘法，然后计算每行的平均深度并记录：设定原始深度图像尺寸为h
×
w，横向单位像素对应实际间距x
r
为(360/h)
°
/piexl，纵向单位像素对应实际间距y
r
为相机预设参数；从集合H
i
中随机抽取n个点作为初始样本拟合直线L
i
，设定直线L
i
方程为h＝a0y+b0；将初始样本中所有的点代入直线方程L
i
并计算平均损失函数Loss0：式中为初始样本中第j个点对应的深度信息，a0和b0分别为直线方程L
i
中的初始拟合参数，是的理论值；为第i行第j列数据的纵坐标；为求平均损失函数Loss0的极小值，分别令Loss0对a0和b0的导数取0：
对上式化简得：计算出参数a0和b0后，则直线L
i
方程为h＝a0y+b0；将直线L
i
方程化作一般直线方程Ax+By+C＝0的形式，遍历点集H
i
中剩余的点(y
p
,h
p
)，并计算该点到拟合直线的距离d
p
：设定距离阈值thresh，通过下式判断该点是否为内点，若为内点则加入样本集中：若d
p
＜thresh，则为内点；若d
p
≥thresh，则为外点；待一轮遍历完成后，用样本集重新拟合新的直线方程并进行新一轮迭代；经10～30次迭代后，将内点数最多的样本集作为最佳样本集，并将其对应的直线方程作为最佳直线方程；最后根据最佳直线方程结合该样本集中y坐标的范围，得到该扫描轮廓的平均深度3.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于，步骤S2的具体操作如下：记录深度图像的每一行数据的深度信息和坐标信息的同时，还记录编码器向线激光3D相机发送触发信号时所对应的回转平台的转角θ；计算机遍历深度图像的每一行数据，并将每行数据记录的平均深度根据其所对应的回转平台的转角生成圆柱工件的深度变化集合Y：式中，分别是回
转平台的转角为θ0、θ1、θ
w
‑1时所对应的平均深度，其中，θ满足w为深度图像的宽度。4.根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于，步骤S3的具体操作如下：以回转平台的中心O1为原点建立x
‑
y坐标系，设定圆柱工件的半径为r1，圆心坐标为(Δx,Δy)，偏心量为则偏心方向角α满足：在ΔO1O2...

【专利技术属性】
技术研发人员：范狄庆，姚成贤，戴雨轩，张海峰，沙玲，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：