一种多视觉传感器全局标定装置的制作方法

本实用新型涉及传感器标定技术领域，尤其涉及一种多视觉传感器全局标定装置。

背景技术：

视觉测量技术是一种先进的非接触测量手段，具有系统组成灵活、工作空间大、精度合适、自动化程度高等特点，非常适合工业现场的在线测量与质量监控。视觉测量是采用视觉传感器作为传感器件，借助计算机强大的数据处理能力实现对物体(物点)空间位置的测量，视觉传感器是视觉测量系统信息的直接来源，主要由一个或两个图像传感器组成，有时还要配以光投射器及其它辅助设备，主要功能是获取足够的视觉系统要处理的最原始图像，常用的图像传感器有激光传感器、线阵和面阵CCD摄像机等。较大规模的视觉测量系统一般由多个视觉传感器组成，完成所有位姿的获取，保证被测物三维重建的完整性。

多视觉传感器视觉测量系统中的每个传感器都有各自的三维测量坐标系，传感器在其自身的坐标系下完成相对测量，为了处理测量结果，需要对多视觉传感器进行全局标定，将每个传感器的数据转换到相同的全局坐标系下。全局标定是保证多视觉传感器视觉测量系统测量精度的关键因素之一。

目前常用的标定装置为棋盘标定，但是大视场、多干扰噪声环境下，棋盘标定精确度较低，二维标定板的表面平整度及反光等对标定结果准确度有一定影响，针对此环境需要通过球形标定装置标定，通常通过对单个球体变换移动不同的位置来实现位姿的变化，单个球体可控性和可操作性差，标定过程中需要单个球体变换移动，操作繁琐。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多视觉传感器全局标定装置，标定球体角度固定并且针对实际视场进行设计，仅单方向移动调节杆便可使所有标定球体被每个视觉传感器获取，满足标定要求。

一种多视觉传感器全局标定装置，包括标定基管、至少三个标定球体和调节杆，所述标定基管上设有至少三个第一连接孔，所述标定球体上分别设有第二连接孔，所述调节杆的一端分别伸入所述第一连接孔，所述调节杆的另一端分别伸入所述第二连接孔，各个所述第一连接孔到所述标定基管的中心轴线的垂线在所述标定基管轴向的投影不共线。

以上技术方案优选的，所述第一连接孔为螺纹孔，所述调节杆靠近所述第一连接孔的一端设有螺纹，所述第一连接孔与所述调节杆螺纹连接。

以上技术方案优选的，所述第二连接孔为螺纹孔，所述调节杆的另一端设有螺纹，所述调节杆与所述第二连接孔螺纹连接。

以上技术方案优选的，所述第一连接孔为通孔，完全贯穿所述标定基管。

以上技术方案优选的，所述标定基管外表面设有亚光漆。

以上技术方案优选的，所述调节杆外表面设有亚光漆。

以上技术方案优选的，所述全局标定装置还包括往复移动机构，所述往复移动机构包括底座，所述底座上设有丝杠，所述丝杠的一端设有电机，所述丝杠上套设有丝杠螺母，所述丝杠螺母上设有安装支架，所述安装支架上设有所述标定基管。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型提供的多视觉传感器全局标定装置，标定过程相对单个球体标定操作简单，提前将标定球体置于标定基管上，各个所述第一连接孔到所述标定基管的中心轴线的垂线在所述标定基管轴向的投影不共线，来实现位姿的变换以产生不同的位姿；当其中的相机照不到球体时，通过调节杆能够调节标定球体与标定基管的间距，保证任意一个相机都能无遮挡的拍摄到标定球体，操作方便，标定过程简单且精度高。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的标定球体和标定基管的装配图。

图2是本实用新型一实施例的标定基管的结构示意图。

图3是本实用新型一实施例的标定球体的结构示意图。

图4是本实用新型一实施例的结构示意图。

图5是本实用新型一实施例的安装支架与标定基管的安装示意图。

图6是本实用新型一实施例的标定装置的安装示意图。

其中：1.标定基管，2.标定球体，3.调节杆，4.第一连接孔，5.第二连接孔，6.备用孔，7.底座，8.丝杠，9.电机，10.丝杠螺母，11.安装支架，111.弧形面，112.水平连接座，113.弧形连接片，114.连接孔，21.龙门架，22.视觉传感器，23.全局标定装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例提供一种多视觉传感器全局标定装置，如图1所示，包括标定基管1、至少三个标定球体2和调节杆3，标定基管1上设有至少三个第一连接孔4，标定球体2上分别设有第二连接孔5，调节杆3的一端分别伸入第一连接孔4，调节杆3的另一端分别伸入第二连接孔5，各个所述第一连接孔到所述标定基管的中心轴线的垂线在所述标定基管轴向的投影不共线。标定球体越多，越有助于提高精度，但是太多会饱和，意义也不大，本实施例采用四个球，相应的调节杆、第二连接孔的数量均为四个，标定基管1上还可以设有与第一连接孔4相同功能的备用孔6，如图2中设置在标定基管两侧的备用孔。利用圆球进行标定来建立大地坐标系，仅利用一个圆球是不够的，因为圆球绕球心旋转，圆球在图像平面的投影是不变的，而两个圆球绕经过它们球心的轴旋转同样具有投影不变的性质，因此我们需要至少三个圆球，并且其中的任意三个圆球均不在同一直线上，以此获得不同的投影。各个第一连接孔4到标定基管1的轴线的垂线均位于不同的面上的设置，各个第一连接孔到标定基管的中心轴线的垂线在标定基管轴向的投影不共线，就是为了满足任意三个标定球体2均不在同一直线上的要求，本实施例利用半径为50mm的四个标定球体2作为标定物，标定球体2之间旋转夹角为60度。

第一连接孔4为螺纹孔，调节杆3靠近第一连接孔4的一端设有螺纹，第一连接孔4与调节杆3螺纹连接。可选的，如图3所示，第二连接孔5为螺纹孔，调节杆3的另一端设有螺纹，调节杆与第二连接孔螺纹连接。标定球体2与标定基管1的间距可通过调节杆3的螺纹连接进行调整，使其能够满足每个相机都能够照到各个标定球体的要求。第一连接孔4和备用孔6为通孔，完全贯穿标定基管1，即调节杆3伸入标定基管2内并且能够完全穿出管体，增大了调节杆的调节范围，能够适应更多的标定环境。标定基管外表面设有亚光漆，调节杆外表面也设有亚光漆，亚光漆能够吸收光照，亚光漆的设置减少标定基管与调节杆的反光，减少光污染对标定过程的影响，提高标定准确度。

如图4所示，全局标定装置还包括往复移动机构，往复移动机构包括底座7，底座上设有丝杠8，丝杠的一端设有电机9，丝杠上套设有丝杠螺母10，丝杠螺母上设有安装支架11，安装支架上设有标定基管1。

安装支架具体结构如图5所示，在标定过程中，由于待测相机的位置不同，标定基管1需要进行转动，使标定球体2对准待测相机的位置，使标定球体最大程度暴露在待测相机的视场范围内，因此安装支架11与标定基管1接触处为弧形面111，弧形面与标定基管的外径相适应，安装支架上设有水平连接座112，安装标定基管时，将标定基管置于安装支架的弧形面上，用弧形连接片113置于标定基管上，弧形连接片设有弧形面，弧形连接片的弧形面也与标定基管的外径相适应，弧形连接片的两端与水平连接座分别设有连接孔114，旋转标定基管，使标定球体最大程度暴露在待测相机的视场范围内，调整好标定基管位置后，螺栓穿过连接孔实现标定基管的紧固。

本实施例针对例如方矩形管或钢管等管材的非接触测量系统中的多视觉传感器进行全局标定，为图像处理时的三维重建在凹凸度的检测上提供参考数据，三维重建的准确度直接影响了凹凸度的测量精度，相机标定得到的是相机的内外参，多传感器标定得到的是两两相机之间的外参，然后根据各个参数可以将相机从不同角度拍摄的三维图像拼接成一个完整的钢的图像，如果标定过程误差大，拼接的时候会出现缝隙等问题，影响各种数据尤其是凹凸度数据的准确性。

本实施例被测物为方矩形管，其他管材的测量系统与本实施例类似，并且可以做出适应性改变。如图6所示，本实施例的标定系统至少包括：用于采集大型方矩形管外形图像数据的四个视觉传感器22，视觉传感器为线结构光视觉传感器，视觉传感器两两设于龙门架21的两侧。本实施例中每个线结构光视觉传感器包括一线式激光发射器和一CCD工业相机，线式激光发射器发射的激光线投射到物体表面时，激光线被物体表面高低形貌调制，CCD工业相机详细进行拍摄并传至图像处理软件进行图像处理；四个线结构光视觉传感器均匀分布于大型方矩形管的四周；由于四个视觉传感器需要反映被测物同一横截面的不同视角的图像，所以需要四个激光发射器的线结构光共面设置，即四台激光发射器的光照线位于大型方矩形管的同一截面内；用于接收上述四个线结构光视觉传感器采集信号的图像处理器；四台相机的信号输出端子与图像处理器的I/O端子电连接。激光发射器与相机的设置、图像处理软件等均属于现有技术，龙门架的具体结构不属于本申请的重点，龙门架可以为现有结构，故在此不做赘述。

使用时，将全局标定装置23的往复移动机构的底座7固定在龙门架21之间，将全局标定装置23的标定球体2置于四个视觉传感器22之间，往复移动机构的运动方向与钢管生产方向相同，旋转标定基管1，使标定球体位于待测视觉传感器的视场范围内，螺栓固定拧紧弧形连接片113与安装支架11，标定基管固定，微调调节杆3，保证任意一个相机都能无遮挡的拍摄到标定球体，从而方便标定操作。

本实施例提供的多视觉传感器全局标定装置，标定过程相对单个球体标定操作简单，提前将标定球体置于标定基管上，第一连接孔到标定基管的轴线的垂线均位于不同的面上，来实现位姿的变换以产生不同的位姿；当其中的相机找不到球体时，通过调节杆能够调节标定球体与标定基管的间距，保证任意一个相机都能无遮挡的拍摄到标定球体，操作方便，标定过程简单且精度高。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。