多线结构光阵列双目三维测量传感器及传感测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种多线结构光阵列双目三维测量传感器及传感测量系统。传感器包括左相机及右相机；包括若干行激光光源，每行均包括若干个激光模组，相邻行激光光源中相同编号的激光模组呈交错排列；控制单元与左相机及右相机通信，控制左相机和右相机的图像采集工作，与每个激光模组通信，控制每个激光模组工作；左相机和右相机对称设置在光投射装置的两侧，且，左相机的镜头和所述右相机的镜头均朝向二者对称轴延伸的方向。传感测量系统通过上位机对传感器图像进行分析，获得待测目标的三维信息。对激光模组的光源结构进行了改进，与传统多线结构光阵列相比，结构光的投射方式更加灵活，可以根据不同的应用场景选择投射方式。可以根据不同的应用场景选择投射方式。可以根据不同的应用场景选择投射方式。

【技术实现步骤摘要】
多线结构光阵列双目三维测量传感器及传感测量系统


[0001]本专利技术涉及光学测量
，尤其涉及一种多线结构光阵列双目三维测量传感器及传感测量系统。

技术介绍

[0002]随着现代科技和工业的发展，利用机器视觉传感器获取各类目标的三维信息是很多生产作业必不可少的条件。目前常见的获取三维信息的视觉传感器按相机数量分主要包括单目视觉传感器、双目视觉传感器、多目视觉传感器；按工作方式主要包括被动式传感器、TOF传感器、结构光传感器。
[0003]单目传感器具有结构简单的优点，但是想要获取目标的三维信息，需要结合目标先验信息；这极大的限制了其的应用范围。被动式双目传感器可以利用视差原理获取目标的三维信息，但是其算法较为复杂，立体匹配等过程需要较大的算力，这不利于其在复杂场景和边缘设备上的部署；TOF传感器测量距离较远，抗干扰能力较强，但对于较近距离目标，其精度较差。
[0004]结构光传感器通过投射结构光与单目或双目相机结合，可以有效地解决单目无法获取三维信息和双目立体匹配的问题，因此得到了广泛的应用，其中线结构光传感器由于其投射的图案简单，便于处理而应用最为广泛。但单目线结构光传感器一般需要对光平面和相机进行标定，这使得其在存在折射的场景，如水下应用受到了限制；双目线结构光传感器通过线结构光提供目标表面特征，其不需要对相机和光平面进行标定且可以很好地解决双目相机立体匹配困难的问题，因此相比之下双目线结构光传感器拥有较好的应用前景。
[0005]目前通过双目线结构光的投射方法主要有两种，扫描线结构光和线阵结构光。扫描线结构光可以获取较多的目标表面三维信息，但是扫描需要时间，影响了其实时性且扫描时需要确定传感器和目标的空间关系，这使得其应用场景受到了限制；线阵结构光具有较好的实时性，但其只能获取有光投射部分的三维信息，没有光投射部分的三维信息难以获取，想要获取更多的三维信息只能投射更为密集的线结构光，但是线结构光过于密集又不利于之后的光条提取和处理。因此一种既可以有较好的实时性又可以获取较为全面的三维信息的三维传感器才能满足更多的应用需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决以上技术问题，提供一种投射模式多样、适用于复杂场景、可获取全面三维信息的多线结构光阵列双目三维测量传感器及传感测量系统。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]本专利技术一些实施例提供一种多线结构光阵列双目三维测量传感器，包括：
[0009]双目相机：包括左相机及右相机；
[0010]光投射装置：包括若干行激光光源，每行激光光源均包括若干个激光模组，若顺次对每行激光光源中的激光模组编号，相邻行激光光源相同编号的激光模组呈交错排列；
[0011]控制单元：与左相机及右相机通信，以控制左相机和右相机的图像采集工作，与每个激光模组通信，以控制每个激光模组工作；
[0012]以光投射装置所在位置为基准，所述左相机和右相机对称设置在光投射装置的两侧，且，所述左相机的镜头和所述右相机的镜头均朝向二者对称轴延伸的方向。
[0013]本专利技术一些实施例中，每个激光光源的安装位置被配置为：在一定的工作距离范围内，每个激光模组所射出的多线激光相互不重叠。
[0014]本专利技术一些实施例中，每个激光模组射出激光线均平行。
[0015]本专利技术一些实施例中，所述控制单元被配置为：
[0016]将所有的激光模组分为x组光源组，每次控制一组光源组发射激光；
[0017]控制双目相机同时采集第i组光源组的图像，所述1≤i≤x。
[0018]本专利技术一些实施例中，所述控制单元进一步被配置为根据待使用场景的分辨率需求控制光源组的工作：
[0019]当应用场景不需要获取目标物表面密集的三维信息时，控制光源组投射n次单帧稀疏的线结构光阵列；
[0020]当应用场景需要获取目标物表面密集的三维信息时，控制光源组投射m次单帧稀疏的线结构光阵列，形成多帧稀疏线结构光阵列；
[0021]所述1≤n＜m。
[0022]本专利技术一些实施例中，所述控制单元进一步被配置为根据待测三维目标的区域重要程度控制光源组的工作：
[0023]对非重点区域，控制光源组投射n次单帧稀疏的线结构光阵列；
[0024]对重点区域，控制光源组投射m次单帧稀疏的线结构光阵列，形成多帧稀疏线结构光阵列；
[0025]所述1≤n＜m。
[0026]本专利技术一些实施例中，进一步包括壳体，所述激光模组、控制单元、左相机和所述右相机均安装在壳体上。
[0027]本专利技术一些实施例进一步提供一种传感测量系统，包括上位机，以及权利要求1
‑
7任意一项所述的多线结构光阵列双目三维测量传感器；
[0028]所述上位机被配置为：
[0029]提取左相机图像中的光条及右相机图像中的光条，并对左相机图像中光条点和右相机图像中光条点进行立体匹配和三维计算，输出各个匹配点三维信息；
[0030]基于所有匹配点的三维信息，生成待测三维目标的三维信息。
[0031]本专利技术一些实施例中，所述上位机进一步被配置为：在进行立体匹配之前，对左相机图像中的光条以及右相机图像中的光条进行细化处理。
[0032]本专利技术一些实施例中，所述上位机进一步被配置为：确定左相机图像光条，并对左相机图像中的光条取光条中心线上的点，计算其相对在右相机图像中的外极线，在右相机图像中计算该外极线与右相机图像中对应光条中心线的交点，将交点作为左相机图像光条点的匹配点。
[0033]本专利技术提供的多线结构光阵列双目三维测量传感器，其有益效果在于：
[0034]1、对激光模组的光源结构进行了改进，与传统多线结构光阵列相比，结构光的投
射方式更加灵活，可以根据不同的应用场景选择投射方式。
[0035]2、采用双目相机采集激光模组图像，与单目相机相比，可以在不知目标先验信息的情况下对目标进行三维测量；与被动式双目传感器相比，结构光提供了目标表面特征，有利于双目立体匹配；与基于扫描线结构光的双目传感器相比，不需要大量扫描时间，实时性能更好，应用场景更加广泛。
[0036]3、可以通过投射密集的线结构光阵列获取较多的目标表面三维信息，并通过分组多次投射的方式避免了图像处理的困难。简化了匹配算法，有利于部署在边缘计算设备上。
[0037]4、本专利技术提供的传感器在对目标进行三维测量时拥有较好的实时性能并且可以获取较多的目标三维信息以及满足各种复杂场景的应用。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1为专利技术双目三维测量传感器结构示意图；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多线结构光阵列双目三维测量传感器，其特征在于，包括：双目相机：包括左相机及右相机；光投射装置：包括若干行激光光源，每行激光光源均包括若干个激光模组，若顺次对每行激光光源中的激光模组编号，相邻行激光光源相同编号的激光模组呈交错排列；控制单元：与左相机及右相机通信，以控制左相机和右相机的图像采集工作，与每个激光模组通信，以控制每个激光模组工作；以光投射装置所在位置为基准，所述左相机和右相机对称设置在光投射装置的两侧，且，所述左相机的镜头和所述右相机的镜头均朝向二者对称轴延伸的方向。2.如权利要求1所述的多线结构光阵列双目三维测量传感器，其特征在于，每个激光光源的安装位置被配置为：在一定的工作距离范围内，每个激光模组所射出的多线激光相互不重叠。3.如权利要求1所述的多线结构光阵列双目三维测量传感器，其特征在于，每个激光模组射出激光线均平行。4.如权利要求1所述的多线结构光阵列双目三维测量传感器，其特征在于，所述控制单元被配置为：将所有的激光模组分为x组光源组，每次控制一组光源组发射激光；控制双目相机同时采集第i组光源组的图像，所述1≤i≤x。5.如权利要求4所述的多线结构光阵列双目三维测量传感器，其特征在于，所述控制单元进一步被配置为根据待使用场景的分辨率需求控制光源组的工作：当应用场景不需要获取目标物表面密集的三维信息时，控制光源组投射n次单帧稀疏的线结构光阵列；当应用场景需要获取目标物表面密集的三维信息时，控制光源组投射m次单帧稀疏的线结构光阵列，...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟书凯，江可，解则晓，陈震，宇文国朴，魏鹏飞，王美亚，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：