结合激光发射器的非线性CCD三维定位装置及定位方法

摘要

本发明提供的是一种结合激光发射器的非线性CCD三维定位装置及定位方法。在平面内标定非线性CDD摄像机参数；调整好步进电动机、激光发射器与摄像机的相对位置关系，使之满足步进电动机轴与水平面成垂直关系，CCD摄像机的光心与线激光发射器的发射点在垂直面上严格共面，激光发射器的发射光线形成的平面与水平面垂直；利用采集的图像信息，结合装置的三角形结构得到目标物的三维坐标。本发明采用激光发射器增加辅助的定位信息，弥补了单目视觉没有经过精确的计算导致定位精度不准确的缺点，避免了双目视觉中立体匹配困难的问题。步进电动机的引用，可以很方便地进行三角法中角度的测量，并且没有积累误差，提高了定位精度。

主权项

一种基于结合激光发射器的非线性CCD三维定位装置的定位方法，其特征是：定位装置包括非线性CCD摄像机、线激光发射器、步进电动机及计算机，线激光发射器通过联轴器与步进电动机轴相连，步进电动机轴与水平面成垂直关系，非线性CCD摄像机的光心与线激光发射器的发射点在垂直面上严格共面，激光发射器的发射光线形成的平面与水平面垂直、即发射光线与目标点的交线在垂直面上的投影是铅垂状态，计算机通过电平转换接口与步进电动机驱动器相连接，二者之间通过RS232通讯协议进行通讯，计算机发控制指令给步进电机驱动器，步进电机转动的步距角返回给计算机，实现电机与计算机之间的双向通讯；定位方法为：(1)在平面内标定非线性CCD摄像机参数；(2)调整好步进电动机、激光发射器与摄像机的相对位置关系，使之满足步进电动机轴与水平面成垂直关系，非线性CCD摄像机的光心与线激光发射器的发射点在垂直面上严格共面，激光发射器的发射光线形成的平面与水平面垂直、即发射光线与目标点的交线在垂直面上的投影是铅垂状态；(3)图像采集卡采集图像目标物，形成图像信息，利用已经标定好的摄像机参数计算得到目标物质心的二维图像平面内的坐标，结合激光发射器与摄像机以及目标质心点之间的三角形几何关系，计算得到目标物质心在摄像机坐标系的三维坐标；利用图像信息得到目标物三维坐标的方法为：(a)预处理采集到的图像信息，从背景当中提取目标物；(b)根据灰度重心法提取目标物的质心位置，即在图像平面内的像素坐标；(c)根据提前标定好的摄像机参数值计算质心像素坐标在摄像机坐标系下的物理坐标；(d)打开激光发射器，步进电动机驱动激光发射器转动，使图像中目标物质心位于激光条纹中心位置；(e)根据步进电动机的步距角及其驱动脉冲，结合初始夹角，得到线激光发射器发射光线在水平面内与横轴的夹角；(f)根据标定好的整个装置的结构参数，利用三角法测距原理计算得到目标物在摄像机坐标系下的三维坐标位置。