一种阶梯靶标及利用其对线结构光传感器精度评价的方法技术

本发明专利技术提供了一种阶梯靶标及利用其进行线结构光传感器精度评价的方法；该阶梯靶标包括设置在底面上多级台阶，每级台阶的踏面与立面的夹角为100～150

【技术实现步骤摘要】
一种阶梯靶标及利用其对线结构光传感器精度评价的方法


[0001]本专利技术涉及工业制造中的自动化视觉检测领域，具体涉及一种阶梯靶标及利用其进行线结构光传感器精度评价的方法。

技术介绍

[0002]线结构光传感器主要由线结构光投射器、镜头和相机组成。线结构光传感器需要经过标定之后才能使用，标定包括相机内参矩阵、畸变矩阵和光平面参数矩阵的标定。相机标定方法包括：传统摄像机标定方法、主动视觉摄像机标定方法和摄像机自标定方法。相机标定完成后，并不能直接把该传感器发到现场使用，因为，在此之前，客户会要求提供传感器测量精度相关的指标，测量精度是反映传感器质量的重要指标之一。因此，进行传感器精度的测量是很有必要的。
[0003]传统的精度测量方法通常需要依赖高精度的第三方测量仪器(如经纬仪、关节臂、跟踪仪等)，这类方法不利用传感器产品化的生产。
[0004]中国专利CN110953988 A提供了一种基于立体孔靶标块对线结构光传感器精度进行评价的方法，但在实际测量时存在一些不足：1)调试要求高：测量人员在调节靶标和传感器位姿时，要求光平面尽可能的穿过所有阶梯面上的孔心；2)图像采集复杂：要先后分别采集20张亮图(靶标孔的图像)和20张暗图(靶标孔两侧的光条图像)；3)测量失败率高：由于1)的操作不规范，很有可能导致2)中采集的暗图中，某个孔左侧或右侧的光条凸显极短，最终会激光条中心点提取的稳定性或只能提取到极少的中心点。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种阶梯靶标及利用其进行线结构光传感器精度评价的方法；其操作简单、所需采集图像数量少，且测量精度高。
[0006]为此，本专利技术技术方案如下：
[0007]一种阶梯靶标，包括设置在底面上多级台阶，每级台阶都包括一个踏面和一个立面；所有立面均垂直于底面；所述踏面与立面的夹角为100～150
°
，优选所述踏面与立面的夹角为110～130
°
；所述立面与踏面相交的边记为棱边；所有棱边相互平行，且在垂直于棱边的方向上设有一条、两条或多条标记线，每条所述标记线均通过所有台阶的踏面和立面。
[0008]利用如上所述阶梯靶标进行线结构光传感器精度评价的方法，所述线结构光传感器包括一个相机和一个投影仪，或者一个相机和一个激光发射器；包括如下步骤：
[0009]1)所述投影仪或激光发射器向所述阶梯靶标表面投射激光条，每条所述激光条与单条所述标记线重合；
[0010]2)所述相机采集投射在所述阶梯靶标上的激光条的图像，获取点A的三维坐标；所述点A为所述激光条与棱边交点，或者是相邻立面、踏面的标记线的延长线在棱边位置的交点；单张图像上在同一光条上的所述点A至少有2个；记同一张图像上、同一光条上的点A为一组；
[0011]3)重复步骤2)多次，获取多组点A的三维坐标；
[0012]4)依次求取各组点A中两点之间间距，再将其与标准值进行比较获取偏差值，依据偏差值评价所述线结构光传感器的精度。
[0013]进一步，通过以下步骤获取所述点A的三维坐标：
[0014]①
从图片上获取光条上的所有点，记为点集I，按照其在阶梯靶标上每个台阶的踏面、立面进行分段；
[0015]②
将分段后点集I中的点转换到相机坐标系下，获取各点的三维坐标；
[0016]③
利用步骤
②
得到的不同段的点的三维坐标分别进行直线拟合，相邻两条直线的交点的三维坐标即为点A的三维坐标。
[0017]进一步，所述步骤4)中标准值的获取方法为：通过三坐标或影像仪获取阶梯靶标上点A的三维坐标，再获取的同组点A中两点之间的间距。
[0018]进一步，所述阶梯靶标的总高度≥待评价的所述线结构光传感器的相机的视场宽度；
[0019]所述阶梯靶标的所有踏面的总宽度
×
cosθ≥待评价的所述线结构光传感器的深度测量范围；其中θ为待评价的所述线结构光传感器的相机的交汇角。
[0020]本专利技术提供的阶梯靶标及利用其进行线结构光传感器精度评价的方法具有如下优点：
[0021]1)操作简单、方便：测量人员只需保证待评价结构光传感器的光平面沿着标记线即可满足采图要求，调试要求低；
[0022]2)图像采集简捷：只需一次性连续采集20张光条图像，即能在保证测试精度的前提下完成测试；
[0023]3)测量精度高：算法原理简单、不涉及复杂运算，鲁棒性强。
附图说明
[0024]图1为适用于单线结构光传感器精度评价的阶梯靶标结构示意图；
[0025]图2为图1中阶梯靶标的左视图；
[0026]图3为适用于多线结构光传感器精度评价的阶梯靶标结构示意图；
[0027]图4为使用图1中阶梯靶标进行检测得到的实测图；
[0028]图5为具体实施方式中点A的获取方法。
具体实施方式
[0029]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。
[0030]实施例1
[0031]如图1所示，一种阶梯靶标，包括设置在底面上多级台阶，每级台阶都包括一个踏面和一个立面；所有立面均垂直于底面；踏面与立面的夹角为150
°
，只要能满足视觉传感器的采图要求，夹角在100～150
°
之间可选，优选踏面与立面的夹角为110～130
°
；立面与踏面相交的边记为棱边(为了保证阶梯靶标在使用过程中操作人员的人身安全，图1中的棱边处已进行倒角)；所有棱边相互平行，且在垂直于棱边的方向上设有一条标记线，每条标记线均通过所有台阶的踏面和立面(图1中的标记线即为图中位于台阶中间位置的那条线)。
[0032]利用如上阶梯靶标进行线结构光传感器精度评价的方法，线结构光传感器包括一个相机和一个投影仪，或者一个相机和一个激光发射器；包括如下步骤：
[0033]1)投影仪或激光发射器向阶梯靶标表面投射激光，形成一条激光条，该激光条图1中阶梯靶标表面的标记线重合；
[0034]2)相机采集投射在阶梯靶标上的激光条的图像，获取点A的三维坐标；
[0035]点A为激光条与棱边交点，在使用图1所示阶梯靶标时，点A为相邻立面、踏面的标记线的延长线在棱边位置的交点；因最终评估精度时是利用两点间距离来评估，所以单张图像上在同一光条上的点A至少有2个；记同一张图像上、同一光条上的点A为一组；
[0036]3)重复步骤2)多次，获取多组点A的三维坐标；
[0037]4)依次求取各组点A中两点之间间距，再将其与标准值进行比较获取偏差值，依据偏差值评价线结构光传感器的精度。而本步使用的标准值的获取方法为：通过三坐标或影像仪预先获取的阶梯靶标上点A的三维坐标，再获取的同组点A中两点之间的间距。
[0038]通过以下步骤获取点A的三维坐标：
[0039]①
从图片上获取光条上的所有点，记为点集I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阶梯靶标，包括设置在底面上多级台阶，每级台阶都包括一个踏面和一个立面；所有立面均垂直于底面；其特征在于：所述踏面与立面的夹角为100～150
°
；所述立面与踏面相交的边记为棱边；所有棱边相互平行，且在垂直于棱边的方向上设有一条、两条或多条标记线，每条所述标记线均通过所有台阶的踏面和立面。2.如权利要求1所述阶梯靶标，其特征在于：所述棱边被倒角。3.如权利要求1所述阶梯靶标，其特征在于：所述踏面与立面的夹角为110～130
°
。4.利用如权利要求1或2或3所述阶梯靶标进行线结构光传感器精度评价的方法，所述线结构光传感器包括一个相机和一个投影仪，或者一个相机和一个激光发射器；其特征在于包括如下步骤：1)所述投影仪或激光发射器向所述阶梯靶标表面投射激光条，每条所述激光条与单条所述标记线重合；2)所述相机采集投射在所述阶梯靶标上的激光条的图像，获取点A的三维坐标；所述点A为所述激光条与棱边交点，或者是相邻立面、踏面的标记线的延长线在棱边位置的交点；单张图像上在同一光条上的所述点A至少有2个；记同一张图像上、同一光条上的点A为一组；3)重复步骤2)多...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭磊，郭寅，尹仕斌，谢康康，
申请(专利权)人：易思维杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：