三线激光器标定板的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于三线激光器用标定板领域，具体涉及一种三线激光器标定板。
【背景技术】
[0002]视觉测量技术能很好地适应现代工业对工件外形尺寸检测所提出的新标准和要求，是一种兼备精度和效率的非接触式外形检测手段。
[0003]如图1所示的传统的标定板4 (Calibrat1n Target)被广泛应用于视觉测量成像系统的标定过程中，该棋盘格标定板是由尺寸和间距均完全一致的黑色方格阵列构成的国际象棋黑白方格棋盘图案，其黑色方格所形成的高精度坐标系阵列可用于相机的内部参数标定，以及用于确定线结构光激光器所投射出的光平面在空间中的位置方程。
[0004]如图2所示，最新的研宄发现，三线激光器在某些特殊的视觉测量方法中具有非同寻常的重要意义，由于三线激光器能从同一个线型光源按照相同的夹角发出三个线结构激光平面，并且其各激光平面之间的夹角是真实对称的已知量，因此，若将三线激光器所发出的三个激光平面的空间方程在相机坐标系中分别求解并将三者精确拟合，最终得到在相机的虚拟空间坐标系下，三个虚拟的激光平面空间方程均交与同一交线，则可以将三线激光器三个激光平面夹角已知的真实物理特性移植至视觉测量成像系统的相机虚拟空间坐标系之中，并借助这一重要特性在后续的视觉测量过程中大幅提高测量的准确度和效率。
[0005]由于传统的棋盘格标定板上的方格黑白间隔且布局密度较高，其在含有激光光条影像的照片中成像效果不理想，棋盘格中不连续的白色空隙部分会形成明暗相间的光条，而且所述白色空隙区域较多的漫反射作用也会严重干扰所拍摄到的光条照片的成像质量，给后续步骤中的激光光条提取检测增加了难度，并显著降低了光条中心检测的精度，增大了误差，造成视觉测量成像系统的标定精度的大幅降低。为此，笔者在学术期刊PublicLibrary ofScience上所发表的Sun Q, Hou Y, Tan Q, Li G(2014)A Flexible Calibrat1nMethod Using the Planar Target with a Square Pattern for Line Structured LightVis1n System.PLoS 0NE9 (9):el06911.do1:10.1371/journal, pone.0106911 一文中提出了一种矩形的纯黑色标定板，如图3所示，在利用该黑色矩形标定板来标定靶标平面的空间姿态方程时，其连续的黑色区域7避免了原有棋盘格标定板上5激光光条明暗相间的不连续问题，而位于该黑色标定板矩形四角的四个角点7-1的空间坐标又均是已知量，因此其可以为标定板靶标平面空间方程的确定提供快捷有效的坐标参考依据，能够大幅提高检测的效率。
[0006]另一方面，相机内的畸变误差随着远离光轴而递增，因此标定板靶标平面上的各个角点距离相机的光轴越近，其畸变越小，标定参数越精确，反之则误差增大，因此，用作标靶平面的标定板上，其坐标已知的各角点原则上应该完全包含在相机的拍摄视场范围内并靠近相机的光轴。然而，由于三线激光器所发出的三个线结构激光平面彼此呈固定的角度，因此前述参考文献所引述的矩形纯黑色标定板在作为标定板靶标平面时，偶尔会出现三条激光平面不能同时投射在纯黑色标定板的四个角点7-1所框定的矩形范围内的情况，致使无法一次性顺利完成对三线激光器的标定。
【实用新型内容】
[0007]为了解决现有矩形纯黑色标定板在作为标定板靶标平面时，偶尔会出现三条激光平面不能同时投射在纯黑色标定板的四个角点范围内的情况，致使无法一次性顺利完成对三线激光器的标定的技术问题，本实用新型提供一种三线激光器标定板。
[0008]本实用新型解决技术问题所采取的技术方案如下:
[0009]三线激光器标定板，其包括白板、正方形黑块和两个矩形黑块，两个矩形黑块分别与正方形黑块的两个侧边无缝连接，所述正方形黑块的上、下两个边缘均分别与白板的边缘之间留有白边。
[0010]所述矩形黑块的高度比正方形黑块的高度小30%。
[0011]所述每个正方形黑块的宽度均不小于矩形黑块的宽度。
[0012]所述白边的高度至少是正方形黑块2边长的10%。
[0013]本实用新型的有益效果是:该三线激光器标定板中的正方形黑块的边长是精确的已知量，因此其四个角点可视为精确的空间坐标系参考点，并用于快速确定相机照片中三线激光器标定板所在平面的空间姿态方程。相机的光轴穿过正方形黑块的中心，因此四个角点在相机中的畸变量相对较小，有利于相机标定精度的提高。正方形黑块两侧的两个矩形黑块用作超出正方形黑块范围的激光的投影标靶平面，是正方形黑块的延展，投射在矩形黑块上的激光光条依旧沿袭正方形黑块上的四个角点的空间坐标，可以避免相机畸变在远离光轴处对成像效果的不利影响。此外，该三线激光器标定板还具有结构简单实用，操作方便，成本低廉，便于推广普及等优点。
【附图说明】
[0014]图1是旧有棋盘格标定板的结构示意图；
[0015]图2是三线激光器所投射出成固定夹角的三个激光平面的示意图；
[0016]图3是现有黑色矩形标定板的结构示意图；
[0017]图4是本实用新型三线激光器标定板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0019]如图4所示，本实用新型的三线激光器标定板包括白板1、正方形黑块2和两个矩形黑块3，白板I为白色平面，两个矩形黑块3分别与正方形黑块2的两个侧边无缝连接，所述正方形黑块2的上、下两个边缘均分别与白板I的边缘之间留有白边1-1 ;在正方形黑块2的四个顶点分别设有一个角点2-1，正方形黑块2的边长是精确的给定已知量。
[0020]所述矩形黑块3的高度比正方形黑块2的高度小30%，白边1-1的高度至少是正方形黑块2边长的10%，以确保正方形黑块2的四个角点2-1与其邻近背景具有显著的视觉区别和成像反差。
[0021]每个正方形黑块2的宽度均不小于矩形黑块3的宽度。
[0022]正方形黑块2的边长设为30cm，白边1-1的高度设为3cm，矩形黑块3的高度设为21cm0
[0023]具体应用本实用新型的三线激光器标定板作为三线激光器所投射激光的标靶平面时，尽量将相机光轴对准正方形黑块2的中心并将三个激光平面中位于中间的激光平面投射在正方形黑块2上，两个矩形黑块3则分别用于补充接收遗漏在正方形黑块2范围之外的激光平面，这样就能保证三线激光器所投射出的三个激光平面均被本实用新型的三线激光器标定板承接，并分别形成清晰的激光光条图案。
[0024]用定焦相机对此时的三线激光器标定板拍照，即可获得此时三线激光器标定板相对于相机的空间姿态照片，并同时一次性获得全部三个激光光条在本实用新型的三线激光器标定板上的投影位置。通过视觉检测方法分别对该照片上正方形黑块2上的四个角点2-1进行空间坐标提取，即可快速确定此时三线激光器标定板所在平面的空间姿态方程，并进一步为后续三个激光光条空间方程的检测和提取建立空间坐标系的数学量化依据。
[0025]本实用新型的三线激光器标定板，其正方形黑块2的边长是精确的已知量，因此其四个角点2-1可视为精确的空间坐标系参考点，并用于快速确定相机照片中三线激光器标定板所在平面的空间姿态方程。相机的光轴穿过正方形黑块2的中心，因此四个角点2-1在相机中的畸变量相对较小，有利于相机标定精度的提高。正方形黑块2两侧的两个矩形黑块3用作超出正方形黑块2范围的激光的投影标靶平面，是正方形黑块2的延展，投射在矩形黑块3上的激光光条依旧沿袭正方形黑块2上的四个角点2-1的空间坐标来进行提取检测，可以避免相机畸变在远离光轴处对成像效果的不利影响。
【主权项】
1.三线激光器标定板，其特征在于:该标定板包括白板(I)、正方形黑块(2)和两个矩形黑块(3)，两个矩形黑块(3)分别与正方形黑块(2)的两个侧边无缝连接，所述正方形黑块⑵的上、下两个边缘均分别与白板⑴的边缘之间留有白边(1-1)。
2.如权利要求1所述的三线激光器标定板，其特征在于:所述矩形黑块(3)的高度比正方形黑块(2)的高度小30%。
3.如权利要求1或2所述的三线激光器标定板，其特征在于:所述每个正方形黑块(2)的宽度均不小于矩形黑块(3)的宽度。
4.如权利要求1所述的三线激光器标定板，其特征在于:所述白边(1-1)的高度至少是正方形黑块(2)边长的10%。
【专利摘要】三线激光器标定板属于三线激光器用标定板领域，该标定板包括白板(1)、正方形黑块(2)和两个矩形黑块(3)，两个矩形黑块(3)分别与正方形黑块(2)的两个侧边无缝连接，所述正方形黑块(2)的上、下两个边缘均分别与白板(1)的边缘之间留有白边(1-1)。本实用新型的有益效果是：该三线激光器标定板中四个角点可视为精确的空间坐标系参考点，用于快速确定相机照片中三线激光器标定板所在平面的空间姿态方程；四个角点在相机中的畸变量相对较小，有利于相机标定精度的提高；该标定板可以避免相机畸变在远离光轴处对成像效果的不利影响。
【IPC分类】G01B11-25, G01B11-00
【公开号】CN204373600
【申请号】CN201520053840
【发明人】孙秋成, 刘仁云, 于繁华, 王春艳, 孙晔
【申请人】长春师范大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月26日