多尺寸平面靶标测量和定位方法及其检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多尺寸平面靶标测量和定位方法及其检测装置，方法包括以下步骤，步骤一：确定多尺寸平面靶标的中心坐标；步骤二：根据双目测距原理获得多尺寸平面靶标上的标志点的空间坐标；步骤三：判断双目测量得到的标志点空间坐标是否准确；步骤四：确定图像获取坐标系与尺寸标靶间的变换矩阵；步骤五：得到当前时刻靶标板相对图像采集系统的空间位置和姿态。本发明专利技术提供了一种多尺寸平面靶标测量和定位方法，不受视角范围限制造成的定位偏差，提高了对靶标的识别和定位精度，将图像获取设备与激光测距仪的采集到的数据进行耦合分析，从而实现对平面靶标的高精度定位过程；基于本方法设计的定位装置，解决了定位困难、偏差大的难题。偏差大的难题。偏差大的难题。

【技术实现步骤摘要】
多尺寸平面靶标测量和定位方法及其检测装置


[0001]本专利技术涉及室内视觉定位领域，具体地涉及一种多尺寸平面靶标测量和定位方法及其检测装置。

技术介绍

[0002]室内视觉定位技术，在现代工业中已经是不可或缺的部分，广泛应用于工业检测、质量检测、机器视觉等领域。对于传统的视觉定位技术，如光笔测量，采用一个固定的双目视觉基站，识别粘贴了标志点的接触式测量部分，通过双目系统识别每个标志点相对视觉基站的空间位置，从而计算出接触式测量部分的空间位置，完成对待测件表面的三维测量，但因为相机布置和靶标尺寸问题，测量区域受到较大限制；而PNP算法的视觉定位方案，首先需要提取图像中的标志点，之后对前后两帧的标志点进行匹配，计算视觉系统在空间中的运动，但精度较低，且受到环境限制比较大，对于表面缺少特征的物体，视觉系统的定位精度极低。
[0003]对于室内视觉定位过程，主要难点在对靶标或特征点的定位精度，实现对靶标或特征点的空间定位。针对现有的光笔式空间定位过程中，因为相机视角范围有限，且光笔上的标志点大小的限制，造成的定位范围受到限制，本专利技术提供了一种多尺寸平面靶标，提高了对靶标的识别和定位精度，将视觉和激光测距仪相结合，提高了定位范围和定位精度。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，针对现有的光笔式空间定位过程中，因为相机视角范围，造成的定位范围受到限制，本专利技术提供了一种多尺寸平面靶标测量和定位方法及其检测装置，通过图像获取设备与激光测距仪的采集到的数据进行耦合分析方法，借助视觉定位平台，提高了对靶标的识别和定位精度，将视觉和激光测距仪相结合，提高了定位范围和定位精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的解决方案为：
[0006]一种多尺寸平面靶标测量和定位方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1：确定多尺寸平面靶标的中心坐标；
[0008]启动测量设备，使得两个图像获取设备的图像窗口内中出现多尺寸定位靶标发出的亮斑；其中，两个图像获取设备中的第一图像获取设备捕获到的图像中亮斑中心像素坐标为(u
1,i
,v
1,i
)；两个图像获取设备中的第二图像获取设备捕获到的图像中亮斑中心像素坐标为(u
2,i
,v
2,i
)；然后，分别计算两个图像获取设备中捕获到的图像亮斑坐标值的平均值；
[0009]移动两个图像获取设备，使其坐标中心分别与两个图像获取设备中所有亮斑的坐标值的平均值重合，从而确定两个图像获取设备捕获到的图像的中心坐标；
[0010]步骤2：根据双目测距原理获得多尺寸平面靶标上的标志点的空间坐标；
[0011]根据双目测距原理，确定两个图像获取设备捕获到的图像窗口区域中的多尺寸定
位靶标上的圆形标志点坐标分别为(u
1,I
,v
1,I
)和(u
2,J
,v
2,J
,)；则得到第J个标志点相对于第一图像获取设备的空间坐标(x
1,J
,y
1,J
,z
1,J
)，计算过程如下所示：
[0012][0013]式中：b表示第一图像获取设备和第二图像获取设备之间基线的距离；f表示图像获取设备的焦距；x
1,J
,y
1,J
,z
1,J
分别表示第一图像获取设备第J个标志点的横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；u
1,J
表示第一图像获取设备中第J个标志点横坐标；u
2,J
表示表示第二图像获取设备中第J个标志点横坐标；v
1,J
表示表示第一图像获取设备中第J个标志点横坐标；J为标识点的序号；
[0014]步骤3：判断双目测量得到的标志点空间坐标是否准确；
[0015]步骤31：确定标志点在图像获取设备坐标系上的距离矩阵DC；
[0016]步骤32：确定尺寸定位靶标板各标志点间标准的相对距离矩阵DW；
[0017]步骤33：确定上述两个矩阵相差的模；
[0018]根据步骤31和步骤32确定的两个相对距离矩阵DW和DC，进行数据筛选；提取到的标识点的面积为筛选目标，设定面积阈值为V，对于在图像中标识点面积小于V的标识点剔除，并令其在相对距离矩阵DW和DC对应序号的那一个元素等于零；
[0019]设error
c,w
为DC和DW之间相差的模，其计算公式如下所示：
[0020]error
c,w
＝||DW
‑
DC||＝[||D
w,1
‑
D
c,1
||
…
||D
w,13
‑
D
c,13
||][0021]式中：error
c,w
表示DC和DW两个矩阵之间的模；DC表示标志点在图像获取设备坐标系上的距离矩阵；DW表示尺寸定位靶标板各标志点间标准的相对距离矩阵；D
w,1
…
D
w,13
分别表示尺寸定位靶标板各标志点间标准的相对距离矩阵中13个标志点列向量；D
c,1
…
D
c,13
分别表示标志点在图像获取设备坐标系上的距离矩阵中13个标志点列向量；
[0022]对于error
c,w
，进行数据筛选，设定每个标志点相对于其他标志点的最大误差阈值为D，对于误差小于D且大于零的标识点选择保留到下一步的计算，误差大于D的标识点则不参与接下来的计算；
[0023]步骤4：确定图像获取坐标系与尺寸标靶间的变换矩阵；
[0024]确定激光测距仪相对于图像获取设备下的坐标；四个激光测距仪测量的四个点的坐标值是落在多尺寸靶标板上，所以经过变换矩阵即确定图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标：
[0025][0026]式中：x
w1
,y
w1
,z
w1
分别表示第一激光测距仪在图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
w2
,y
w2
,z
w2
分别表示第二激光测距仪在图像获取设备坐标系横坐标、纵坐
标和竖直方向坐标；x
w3
,y
w3
,z
w3
分别表示第三激光测距仪在图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
w4
,y
w4
,z
w4
分别表示第四激光测距仪在图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
c1
,y
c1
,z
c1
分别表示第一激光测距仪在平面靶标板坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
c2
,y
c2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多尺寸平面靶标测量和定位方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：确定多尺寸平面靶标的中心坐标；启动测量设备，使得两个图像获取设备的图像窗口内中出现多尺寸定位靶标发出的亮斑；其中，两个图像获取设备中的第一图像获取设备捕获到的图像中亮斑中心像素坐标为(u
1,i
,v
1,i
)；两个图像获取设备中的第二图像获取设备捕获到的图像中亮斑中心像素坐标为(u
2,i
,v
2,i
)；然后，分别计算两个图像获取设备中捕获到的图像亮斑坐标值的平均值；移动两个图像获取设备，使其坐标中心分别与两个图像获取设备中所有亮斑的坐标值的平均值重合，从而确定两个图像获取设备捕获到的图像的中心坐标；步骤2：根据双目测距原理获得多尺寸平面靶标上的标志点的空间坐标；根据双目测距原理，确定两个图像获取设备捕获到的图像窗口区域中的多尺寸定位靶标上的圆形标志点坐标分别为(u
1,I
,v
1,I
)和(u
2,J
,v
2,j,
)；则得到第J个标志点相对于第一图像获取设备的空间坐标(x
1,J
,y
1,J
,z
1,J
)，计算过程如下所示：式中：b表示第一图像获取设备和第二图像获取设备之间基线的距离；f表示图像获取设备的焦距；x
1,J
,y
1,J
,z
1,J
分别表示第一图像获取设备第J个标志点的横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；u
1,J
表示第一图像获取设备中第J个标志点横坐标；u
2,J
表示表示第二图像获取设备中第J个标志点横坐标；v
1,J
表示表示第一图像获取设备中第J个标志点横坐标；J为标识点的序号；步骤3：判断双目测量得到的标志点空间坐标是否准确；步骤31：确定标志点在图像获取设备坐标系上的距离矩阵DC；步骤32：确定尺寸定位靶标板各标志点间标准的相对距离矩阵DW；步骤33：确定上述两个矩阵相差的模；根据步骤31和步骤32确定的两个相对距离矩阵DW和DC，进行数据筛选；提取到的标识点的面积为筛选目标，设定面积阈值为V，对于在图像中标识点面积小于V的标识点剔除，并令其在相对距离矩阵DW和DC对应序号的那一个元素等于零；设error
c,w
为DC和DW之间相差的模，其计算公式如下所示：error
c,w
＝||DW
‑
DC||＝[||D
w,1
‑
D
c,1
||
…
||D
w,13
‑
D
c,13
||]式中：error
c,w
表示DC和DW两个矩阵之间相差的模；DC表示标志点在图像获取设备坐标系上的距离矩阵；DW表示尺寸定位靶标板各标志点间标准的相对距离矩阵；D
w,1
…
D
w,13
分别表示尺寸定位靶标板各标志点间标准的相对距离矩阵中13个标志点列向量；D
c,1
…
D
c,13
分别表示标志点在图像获取设备坐标系上的距离矩阵中13个标志点列向量；对于error
c,w
，进行数据筛选，设定每个标志点相对于其他标志点的最大误差阈值为D，对于误差小于D且大于零的标识点选择保留到下一步的计算，误差大于D的标识点则不参与接下来的计算；
步骤4：确定图像获取坐标系与尺寸标靶间的变换矩阵；确定激光测距仪相对于图像获取设备下的坐标；四个激光测距仪测量的四个点的坐标值是落在多尺寸靶标板上，所以经过变换矩阵即确定图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标：式中：x
w1
,y
w1
,z
w1
分别表示第一激光测距仪在图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
w2
,y
w2
,z
w2
分别表示第二激光测距仪在图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
w3
,y
w3
,z
w3
分别表示第三激光测距仪在图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
w4
,y
w4
,z
w4
分别表示第四激光测距仪在图像获取设备坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
c1
,y
c1
,z
c1
分别表示第一激光测距仪在平面靶标板坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
c2
,y
c2
,z
c2
分别表示第二激光测距仪在平面靶标板坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
c3
,y
c3
,z
c3
分别表示第三激光测距仪在平面靶标板坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x
c4
,y
c4
,z
c4
分别表示第四激光测距仪在平面靶标板坐标系横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；表示图像获取坐标系与尺寸标靶间的变换矩阵；步骤5：获得当前时刻靶标板相对图像采集系统的空间位置和姿态；根据步骤4确定变换矩阵最终得到当前时刻平面靶标板的空间位置和姿态。2.根据权利要求1所述的多尺寸平面靶标测量和定位方法，其特征在于，所述步骤1中计算两个图像获取设备中亮斑坐标的平均值，其计算过程如下所示：第一图像获取设备中捕获到的图像中所有亮斑坐标值的平均值为(u
1c
,v
1c
)，根据下式计算获得；式中：u
1c
表示第一图像获取设备中捕获到的图像中的亮斑中心像素横坐标平均值；v
1c
表示第一图像获取设备中捕获到的图像中的亮斑中心像素纵坐标平均值；u
1,i
表示第一图像获取设备中捕获到的图像中的第i个亮斑中心像素横坐标；v
1,i
表示第一图像获取设备中捕获到的图像中的第i个亮斑中心像素纵坐标；i表示亮斑的编号；n表示图像中亮斑总数；第二图像获取设备中捕获到的图像所有亮斑的坐标值的平均值为(u
2c
,v
2c
)，根据下式计算获得；式中：u
2c
表示第一图像获取设备中捕获到的图像中的亮斑中心像素横坐标平均值；v
2c
表示第一图像获取设备中捕获到的图像中的亮斑中心像素纵坐标平均值；u
2,i
表示第一图像获取设备中捕获到的图像中的第i个亮斑中心像素横坐标；v
2,i
表示第一图像获取设备中捕获到的图像中的第i个亮斑中心像素纵坐标。
3.根据权利要求1所述的多尺寸平面靶标测量和定位方法，其特征在于，所述步骤2中确定两个图像获取设备窗口区域中的多尺寸定位靶标上的圆形标志点，具体为：获取第一图像获取设备中亮斑横坐标u
1,i
的最小值和最大值，分别记为u
1,min
和u...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳文，刘建鑫，霍伟豪，王雨山，祝义浩，刘晓钰，陈子明，庚士涵，栗智民，彭宏鑫，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：