專利名稱：視覺測量系統中相機轉動軸位置測量方法
技術領域：
本發明涉及到在視覺測量系統中與相機連接的轉動裝置轉動軸位置的測量，屬于光電測量測量領域，適用于相機與轉動裝置相對位置的測量與相機的標定。
背景技術：
在視覺測量系統中，相機自身位置以及相機與傳動裝置的相對位置要在測量前進行精確的標定。相機標定在計算機視覺、機器人和自動化以及計算機集成制造系統等領域有重要應用。幾十年來，大量的研究者一直致力于提出快速有效的算法來解決這一問題。已有技術可以大致分為兩組攝影測繪標定和自標定。前者觀察一個標定參照物且該參照物的三維空間信息是精確已知的。這些方法需要昂貴的標定儀器和精心的試驗設計。后者不需要任何標定目標，但由于有許多參數需要估計，不能保證總得到可靠的標定結果。然而， 上述方法在標定相機和與之相連接的轉動裝置的轉動軸之間的位置時，都存在有價格昂貴或精度不足的局限性，難以適用。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種視覺測量中相機與轉動軸相對位置的測量方法。可以實現相機前期微小裝配誤差的檢測，具有簡單實用，精度高等優點。本發明提供一種視覺測量中相機與轉動軸相對位置的測量方法，包括包括兩路準直LED光源及光開關的光輸出結構，向探測面發射光束；相機探測部分，被測相機與轉動軸固定在一起，并且所述相機接收部分包括一個面陣CCD，接收從兩路準直LED光輸出結構發射的光信號中的一路，當被測相機隨著轉動軸轉動時，引起CCD上相應光點位置的變化， 根據運動前后光點位置變化計算相機與轉動裝置相對位置。以被測CCD相機轉動前后兩個成像面為基礎建立坐標系，將運動前后光斑在CCD 相機成像面上的相面坐標轉換到所建立的坐標系，聯立運動前后的坐標求解CCD相機實際位置與理想位置之間的關系，由此得到相機轉動軸位置。兩路準直LED光輸出結構采用I個帶尾纖LED光源發射光束，所述光束經光開關分光后，由光纖傳輸并進行準直輸出。兩路準直LED光輸出結構發射的兩束光束的交于一點后投射到探測CCD面上。所述光電接收部分的CCD的感光面采集經光開關分時傳輸來的對應光源信號。本發明與現有技術相比具有結構簡單、安裝調整方便、可獲得高測量精度的特點， 可用于相機與轉動軸相對位置的測量。
通過結合附圖，從下面的實施例的描述中，本發明這些和/或其它方面及優點將會變得清楚，并且更易于理解，其中圖I為根據本發明實施例的相機轉動軸位置測量裝置結構的示意圖
圖2為根據本發明實施例的相機隨轉動軸轉動后與原設計轉動位置運動量的測量圖。圖3為根據本發明實施例的相機實際轉動軸與原設計轉動位置偏移量的測量圖。
具體實施例方式現在將詳細描述本發明的實施例，其示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終表 示相同的部件。下面通過參照附圖來描述這些實施例以解釋本發明。圖I為根據本發明實施例的相機轉動軸位置測量裝置結構的示意圖。參照圖1，相 機轉動軸位置測量裝置結構包括耦合LED光源1，光纖2，光開關3，光纖4，準直器5，準直 光線6，CXD相機7和轉動裝置8。光源I發出耦合如光纖的LED光，經過光纖2，由光開光 3控制在不同的時刻經過不同路的準直器5出射，照射在CXD相機7上。面陣CXD相機7是光電接收部分。CXD相機7轉動裝置8剛性固定。結合轉動機構8的運動與固定在其上的CXD相機7所采集的光斑中心位置，計算 出CCD相機7與轉動裝置8之間的安裝固定相對位置。下面從理論上對相機與轉動軸相對位置的測量的計算方法進行分析圖2給出了相機隨轉動軸轉動后與原設計轉動位置運動量的測量圖，兩條入射光 線在CXD相機7成像面上的先后成像位置為AD，BC。由于轉動角度a經自準直儀標定可 知，光線I和光線2與CXD相機7所成角度P，Y提前標定好，那么建立以0點為原點的直 角坐標系，A，D兩點可以通過CXD相機7測得其坐標位置，我們可以計算出B，C兩點的理論 位置。經過對B，C兩點理論值與實測值的對比，如果發現有一定的偏差，由于運動前后 只有一個繞轉動軸轉動的過程，則可以推斷，轉動軸位置不在0點，而在CCD平面以外，設其 為0'。由專利200810149832. 4以及所測得光斑位置可知，CXD不僅發生轉動，還產生了 平移運動，設其平移向量為(m，n)的，由此可以推算出轉動后CCD在假設坐標系中所處的直 線位置，即z = tan a x+n—tan a Xm(I)圖3給出了相機實際轉動軸與原設計轉動位置偏移量的測量圖，由于運動前后只 有一個繞轉動軸轉動的過程，轉動軸位置不在0點，而在CCD相機7平面以外，設其為0'。以上平移向量求解過程參考專利200810149832. 4以CXD相機7中心軸線俯視圖所對應的點為原點建立坐標系。設0'點坐標為(a, b),那么，BO =-a, BO' = b 分析上圖可知，0'B 丄 AB，0' E 丄 CE 且AB = CE，Z B 0' E=Za = 2 Z 0 , ABO' DSAEO' D，所以 BD = ED 即 AD-AB = CE-CD，AD-(A0+a) = (A0+a)_CD(2)tan 0 = BD/B 0' = DE/B 0' = (CE_CD)/B 0' = (AB_CD)/B 0'即tan 0 = (AO+a-CD) /b(3)AO已知，AD可通過AO與CF交點橫坐標計算得出，⑶可通過由一條光線在轉動后CXD上光斑中心位置計算出的CF與D點與F點之間的距離DF做差獲得。最后聯立(2) (3)，解得a，b。即相機與轉動軸相對位置雖然已經參照本發明的示例性實施例具體描述和顯示了本發明，但是本領域的普通技術人員應該理解，在不脫離由權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節的各種改變。
權利要求
1.一種視覺測量系統中相機轉動軸位置測量方法，包括光源發光部分，包括兩路準直LED光源及光開關的光輸出結構，向探測面發射光束；相機探測部分，被測相機與轉動軸固定在一起，并且所述相機接收部分包括一個面陣 CCD，接收從兩路準直LED光輸出結構發射的光信號中的一路。當被測相機隨著轉動軸轉動時，引起CCD上相應光點位置的變化，根據運動前后光點位置變化計算相機與轉動裝置相對位置。
2.根據權利要求I所述的視覺測量系統中相機轉動軸位置測量方法，其特征是，以被測CCD相機轉動前后兩個成像面為基礎建立坐標系，將運動前后光斑在CCD相機成像面上的相面坐標轉換到所建立的坐標系，聯立運動前后的坐標求解CCD相機實際位置與理想位置之間的關系，由此得到相機轉動軸位置。
3.根據權利要求I或2所述的視覺測量系統中相機轉動軸位置測量方法，其特征是，兩路準直LED光輸出結構采用I個帶尾纖LED光源發射光束，所述光束經光開關分光后，由光纖傳輸并進行準直輸出。
4.根據權利要求I或2所述的視覺測量系統中相機轉動軸位置測量方法，其特征是，兩路準直LED光輸出結構發射的兩束光束的交于一點后投射到探測CCD面上。 全文摘要
本發明提出一種視覺測量中相機與轉動軸相對位置的測量方法，包括兩路準直LED光源及光開關的光輸出結構，向探測面發射光束；相機探測部分，被測相機與轉動軸固定在一起，并且所述相機接收部分包括一個面陣CCD，接收從兩路準直LED光輸出結構發射的光信號中的一路，當被測相機隨著轉動軸轉動時，引起CCD上相應光點位置的變化，根據運動前后光點位置變化計算相機與轉動裝置相對位置。本發明的視覺測量中相機與轉動軸相對位置的測量方法可用于相機與轉動裝置相對位置的測量與相機的標定。
文檔編號G01B11/00GK102607412SQ201210064090
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者劉力雙, 呂勇, 李曉英, 牛春暉, 郎曉萍 申請人:北京信息科技大學