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光笔式单目视觉测量系统的关键技术

解则晓 韩振华 高翔

解则晓, 韩振华, 高翔. 光笔式单目视觉测量系统的关键技术[J]. 中国光学(中英文), 2013, 6(5): 780-787. doi: 10.3788/CO.20130605.0780
引用本文: 解则晓, 韩振华, 高翔. 光笔式单目视觉测量系统的关键技术[J]. 中国光学(中英文), 2013, 6(5): 780-787. doi: 10.3788/CO.20130605.0780
XIE Ze-xiao, HAN Zhen-hua, GAO Xiang. Key technologies of monocular vision measurement system with light pen[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5): 780-787. doi: 10.3788/CO.20130605.0780
Citation: XIE Ze-xiao, HAN Zhen-hua, GAO Xiang. Key technologies of monocular vision measurement system with light pen[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5): 780-787. doi: 10.3788/CO.20130605.0780

光笔式单目视觉测量系统的关键技术

doi: 10.3788/CO.20130605.0780
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目(No.61171162);教育部博士点专项基金资助项目(No.20110132110010)

详细信息
    作者简介:

    解则晓(1968-),男,山东临沂人,博士,教授,博士生导师,1997年于大连理工大学获得硕士学位, 2000年于天津大学获得博士学位,现为中国海洋大学工程学院副院长,主要从事机器视觉和机器人运动控制及机器人测量方面的研究。E-mail: xiezexiao@ouc.edu.cn

    通讯作者:

    解则晓

  • 中图分类号: TP242.6

Key technologies of monocular vision measurement system with light pen

  • 摘要: 为了对机械加工部件进行高精度、大尺寸、三维立体空间的现场实时测量,建立了光笔式单目视觉测量系统。对该系统中的新型光笔工艺、算法转换模型、摄像机焦距的优化、光笔笔尖位置的标定进行了研究。首先提出了一种利用光刻工艺设计制作的新型光笔,其次,基于近景摄影测量学中的单像空间后方交会原理,建立了一种新的光笔坐标系与摄像机坐标系之间的转换模型,通过最小二乘平差法循环迭代求解最优的单像空间外方位元素,从而确定了转换模型基本参数。最后,分析了摄像机焦距对光笔式单目视觉测量系统结果的影响,并提出了一种确定相对准确焦距和光笔测头在光笔坐标系下的位置的方法。实验结果表明:摄像机坐标系下x轴、y轴、z轴方向的稳定性误差分别为0.042、0.048、0.066 mm;测量最大误差为0.173 mm,较大程度上满足了光笔式单目测量系统稳定性强和精度高的要求。

     

  • [1] 解则晓,孙洪磊,王晓敏. 光笔式双摄像机三维坐标视觉测量系统[J]. 光学技术,2012,38(4):459-461. XIE Z X,SUN H L,WANG X M.Study of the two-light pen-camera type 3D-coordinate measuring system[J]. Optical Technique,2012,38(4):459-461.(in Chinese) [2] 韩延祥,张志胜,戴敏. 基于特征点的单目视觉测量方法[J]. 光学 精密工程,2011,19(5):1111-1115. HAN Y X,ZHANG ZH SH,DAI M. Monocular vision system for distance measurement based on feasture points[J]. Opt.Precision Eng.,2011,19(5):1111-1115.(in Chinese) [3] 黄风山,刘书桂,彭凯. 光笔式视觉测量中被测特征点像面坐标提取方法的研究[J]. 机床与液压,2005,(10):123-125. HUANG F SH,LIU SH G,PENG K. Study of pick-up of coordinates of features-points in an image captured in the lightpen vision measurement[J]. Machine Tool & Hydraulics,2005,(10):123-125.(in Chinese) [4] 刘建伟,梁 晋,梁新合,等. 大尺寸工业视觉测量系统[J]. 光学 精密工程,2010,11(1):127-129. LIU J W,LIANG J,LIANG X H,et al.. Industrial vision measuring system for large dimension work-pieces[J]. Opt. Precision Eng.,2010,11(1):127-129.(in Chinese) [5] 敬泽,薛方正,李祖枢. 基于单目视觉的空间目标位置测量[J]. 传感器与微系统,2011,30(3):125-130. JING Z, XUE F ZH, LI Z SH. Space target location measurement based on monocular vision[J]. Transducer and Microsystem Technologies,2011,30(3):125-130.(in Chinese) [6] 黄风山,刘书桂,彭 凯,等. 光笔视觉测量系统结构参数的自标定与仿真[J]. 光电子·激光,2006,17(6):706-708. HUANG F SH,LIU SH G,PENG K,et al.. Self-calibration and simulation of the structure parameters in a light pen vision measurement system[J]. J. Optoelectronics·Laser,2006,17(6):706-708.(in Chinese) [7] 黄风山,王春梅. 光笔式视觉坐标测量中控制点光斑图像的识别[J]. 光学 精密工程,2007,15(4):588-591. HUANG F SH,WANG CH M. Control points' light spot image recognition in light pen vision coordinate measurement[J]. Opt. Precision Eng.,2007,15(4):588-591.(in Chinese) [8] XU T F,ZHAO P. Precise perimeter measurement for 3D object with a light-pen vision measurement system[J]. Opt. Laser Technol.,2009,4(1):815-819. [9] XU T F,ZHAO P. Precise center location for light spot contour image of light emitting diode control points in light-pen vision coordinate measurement[J]. Optics Eng.,2008,47(12):123602-1-9. [10] 刘长英,高乐,高印寒,等. 单目视觉坐标测量方法[J]. 吉林大学学报,2010,4(5):1279-1282. LIU CH Y,GAO L,GAO Y H,et al.. Measurement of coordinates by single-camera vision[J]. J. Jilin University,2010,4(15):1279-1282.(in Chinese) [11] 张之江,车仁生,黄庆成,等. 测头成像视觉坐标测量系统中特征点成像中心获取[J]. 光学 精密工程,1998,6(5):13-16. ZHANG ZH J,CHE R SH,HUANG Q CH,et al.. Centroid of characteristic point image obtain in probe imaging vision coordi nate measuring system[J]. Opt. Precision Eng.,1998,6(5):13-16.(in Chinese) [12] 张虎,达飞鹏,邢德奎. 光学测量中椭圆圆心定位算法研究[J]. 应用光学,2008,29(6):905-911. ZHANG H,DA F P,XING D K. Algorithm of centre location of ellipse in optical measurement[J]. J. Appl. Optics,2008,29(6):905-911.(in Chinese) [13] 林君建,苍桂华.摄影测量学[M]. 北京:国防工业出版社,2005. LIN J J,CANG G H. Photogrammetry[M]. Beijing:National Defense Industry Press,2005. (in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-07-21
  • 修回日期:  2013-09-23
  • 刊出日期:  2013-10-10

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