本章大綱

2.1 引言

2.2 多傳感器三維檢測系統介紹

2.2.1 多傳感器三維檢測總體模型2.2.2 多傳感器三維檢測系統工作原理

2.3 坐標系統一化全局標定方法

2.3.1 全局標定方法介紹2.3.2 檢測系統標定流程2.3.3 單個視覺傳感器標定2.3.4 檢測系統的全局標定

2.4 檢測系統全局優化

2.4.1? LM 算法2.4.2 優化目標函數

2.5 本章小結

通常，將三維檢測系統中的圖像信息采集部分稱為三維視覺傳感器。多數的三維檢測系統 僅包含一個三維視覺傳感器，由單個傳感器組成的三維檢測系統已發展的比較完善并且得到廣 泛的應用。但是，單視覺傳感器在三維檢測過程中都存在一定的視覺范圍，對于視覺范圍外的 被測物體無法進行正常的檢測。在這類情況下，由多個視覺傳感器組成的多傳感器視覺檢測系 統將更具應用前景。多傳感器三維檢測系統是指通過多個同類或不同類的三維視覺傳感器組建 的視覺檢測系統。系統中各視覺傳感器的位置根據實際所需檢測的特征進行選擇及布局。多傳 感器三維檢測(MSMV)系統很好的解決了單傳感器三維檢測系統測量范圍窄、效率較低的問題。多傳感器三維檢測系統[23]涉及的內容較多，需要解決的問題也是多種多樣的。概括來說， 對于多傳感器三維檢測系統而言，視覺傳感器的選擇及設計、機械定位的位置和系統的全局標 定是所要解決的比較關鍵的問題，而系統的全局標定直接決定了系統是否能夠完成三維檢測， 因此對系統進行有效的全局標定是至關重要的。2.1 引言由于多傳感器三維檢測系統中每個視覺傳感器是相對獨立的，每個視覺傳感器的類型及固 定方式可以根據需求自由選擇，因此在多傳感器三維檢測系統中，可能會存在多種不同類型的 視覺傳感器檢測模型。光學三角測量法[24]由于其較高的測量精度及效率得到了廣泛的使用，下 面詳細介紹一下光學三角測量法中比較常用的幾類檢測方法。

(1)結構光檢測模型

結構光三維檢測[25]基于光學三角法原理，光學投射器在被測物體表面投射一定模式的結構光，根據被測物表面的形態投射光條呈現出不同的形狀。該投射光條被檢測系統中的圖像采集 系統采集，通過系統的處理既可恢復被測物體的表面三維特征。二維圖像中光條紋的形狀主要 由物體表面的形狀、相機與光平面的之間的角度、光條紋投射方向幾個因素決定的。根據結構 光投射模式的不同，結構光三維檢測又可以分為以下三類:

? 點結構光三維檢測

點結構光三維檢測系統是指光學投射器投射到物體表面的光源為一個光點。光學投射器與攝像機之間通過物體表面的光點組成一個簡單的三角關系，這種三角幾何關系與相機的標定過 程是緊密相關的，標定后的相機即可根據采集的光點重建出此光點在世界坐標系中的三維坐標。點結構光三維檢測在檢測過程中滿足了快速、實時的要求，但由于投射光只包含一個點，信息量少，在三維重建過程中較少用到。

? 線結構光三維檢測

線結構光三維檢測系統的光學投射器投射出的光條為光帶。光條紋投射到物體表面后，由 于物體表面輪廓特征的不同，光條紋就會呈現出不同的形狀。變形的深度反應了物體輪廓的深 度，不連續則反應了物體輪廓之間的間隙。線結構光三維檢測系統通過恢復畸變的光條從而獲 取物體表面的三維信息。實際上，可以把線結構光看為點結構光在二維世界的延伸。兩類檢測方式的檢測原理及三 角幾何約束關系基本相同。線結構光比點結構光包含的信息更多，而且實現的復雜度并沒有增 加，因此在實際檢測過程中得到了廣泛的應用。? 網格結構光檢測網格結構光檢測系統投射到物體表面的光源為光條網格，該系統可對物體表面的大范圍信 息進行重建、計算。采用高對比度的方向網格結合線性頻域分析方法，可以有效的計算出光平 面的邊緣信息。此方法的計算量很大，因此實際檢測中應用方位較窄。

圖 2. 1 結構光檢測模型

(2)光柵編碼檢測模型光柵編碼檢測系統[26]投射到被測物體表面的光柵條紋包含特定的編碼信息，通過攝像機采集光柵條紋進行解碼計算，最后通過重建編碼光條獲取被測物體表面的三維信息。光柵編碼[27]根據投射光的灰度特征可以分為彩色編碼、灰度編碼和二進制編碼三種方式。光柵編碼檢測的 優點是有較高的檢測精度;缺點是計算過程復雜，計算量較大。(3)雙目立體視覺檢測模型雙目立體視覺檢測系統可看作是用另一個攝像機代替結構光三維檢測系統中的光學投射 器。雙目立體視覺檢測的檢測原理為視差原理，通過分別獲取多幅圖片來重建物體的三維幾何 信息。在實際應用過程中，雙目立體視覺檢測[28]首先通過雙攝像機采集不同角度的圖像，然后 利用視差原理計算物體表面的三維信息。在多傳感器三維檢測系統選擇視覺傳感器過程中，根據被測特征的需求和被測環境等因素 綜合考慮，選擇合適的視覺傳感器類型進行三維檢測。

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論文大綱

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【歷史推送】

• 預告：面向強反射表面的多傳感器三維檢測技術研究

• 【連載1.1】引言：機器視覺概述-《面向強反射表面的多傳感器三維檢測技術研究》

• 【連載1.2】三維檢測技術的發展及應用-《面向強反射表面的多傳感器三維檢測技術研究》

• 【連載1.3&1.4】課題選題及內容安排-《面向強反射表面的多傳感器三維檢測技術研究》

總結

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