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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明属于测量技术领域，面向宽视场三维测量需求，将提供集成单相机镜像双目传感器的视觉测量系统及方法。本发明单相机镜像双目传感器由工业相机、平面镜组、激光投射器和传感器支架组成；由两套单相机镜像双目传感器与单元支架组成层测量单元，两套传感器互相背离安装；由两个层测量单元与系统支架构成镜像双目传感器组合视觉三维测量系统，两个层测量单元互相错位安装。测量系统包括4个单相机镜像双目传感器，外形为圆柱体。本发明方法包括标定阶段和测量阶段，标定阶段建立虚拟相机的成像模型、镜像双目三维测量模型和测量系统的模块坐标转换模型，利用标定靶标和全局相机对系统进行标定和校准；测量阶段利用标定的系统进行目标物内表面激光光条的宽视场三维测量。本发明视觉测量系统和方法具有结构模块化、体积小、成本低、测量效率高等优点，可广泛应用于受限空间内的目标物宽视场三维测量。

主权项：1.一种镜像双目传感器组合视觉三维测量系统，其特征在于，单相机镜像双目传感器1作为基本视觉模块，通过两套单相机镜像双目传感器1与单元支架14构成层测量单元13，通过两个层测量单元13与系统支架16构成镜像双目传感器组合视觉三维测量系统15；标定靶标17和全局相机18作为标定装置对系统进行标定，以实现对回转管状目标物10内表面的宽视场三维测量；1.1、所述单相机镜像双目传感器1由工业相机2、平面镜组3、激光投射器4和传感器支架5组成；1.1.1、工业相机2包括与其通过螺纹连接的光学镜头，实现光线汇聚和图像拍摄；平面镜组3由两面具有公共棱线的平面镜组成，定义位于工业相机2视野左侧的平面镜为左平面镜6、视野右侧的平面镜为右平面镜7；工业相机2经过左平面镜6镜像为左虚拟相机8、经过右平面镜7镜像为右虚拟相机9；为保证工业相机2拍摄的图像被等分为左右两半，需要满足与各相机光轴垂直且相交于交汇点Q，由此定义工业相机2、左虚拟相机8和右虚拟相机9的光心分别为C、C1和C2，光轴分别为和激光投射器4可投射出激光平面πr，用于在目标物10内表面形成调制的激光光条11，以提供目标物10内表面的形状特征信息；传感器支架5用于固定工业相机2、平面镜组3和激光投射器4；1.1.2、单相机镜像双目传感器1的视场范围12为能够被左虚拟相机8和右虚拟相机9同时观测到的区域，目标物10的内表面被视场范围12部分涵盖，形成轮廓的中心点为S，与S在相同高度的、处于轮廓左右边缘处的极限点分别为SL和SR；定义中心点O位于传感器支架5圆弧面的轴线上、且与S处于同一高度；定义视轴为视场角度θ为和的夹角；定义工作距离为使得目标物10内表面图像清晰时的长度；图像清晰定义为使用清晰度评价算法计算图像的清晰度值高于指定阈值；1.1.3、单相机镜像双目传感器1的几何参数包括：的长度为10～40mm，左平面镜6和右平面镜7的厚度均为1～3mm、平行于方向的长度均为40～80mm、垂直于方向的长度分别为30～50mm和10～30mm，到左平面镜6和右平面镜7所在平面的夹角分别为100～120°和20～40°；光学参数包括：工业相机2光学镜头焦距为2～5mm，视场角度θ为40～60°，工作距离为20～100mm；1.2、所述层测量单元13由两套单相机镜像双目传感器1和单元支架14组成；1.2.1、层测量单元13的整体外形为圆柱体，其视场范围12为两套单相机镜像双目传感器1的并集；两套单相机镜像双目传感器1左右并列，各自的交汇点为Q1和Q2、视轴为和为保证它们互相背离安装，需要和的夹角满足几何参数条件；单元支架14用于固定两套单相机镜像双目传感器1；1.2.2、层测量单元13的几何参数包括：其直径为80～120mm、高度为60～100mm，的长度为15～55mm、和的夹角为170～180°；光学参数包括：视场角度2θ为80～120°，工作距离为20～100mm；1.3、所述镜像双目传感器组合视觉三维测量系统15由两个层测量单元13与系统支架16组成，具有4个单相机镜像双目传感器1；1.3.1、镜像双目传感器组合视觉三维测量系统15的整体外形为圆柱体，其视场范围12为两个层测量单元13的并集；两个层测量单元13上下堆叠，各自的中心点分别为O1和O2，视轴分别为和为保证它们互相错位安装，需要和的夹角满足几何参数条件；系统支架16用于固定两个层测量单元13；1.3.2、镜像双目传感器组合视觉三维测量系统15的几何参数包括：其直径为80～120mm、高度为120～200mm，和的夹角为80～100°；光学参数包括：视场角度4θ为160～240°，工作距离为20～100mm；1.4、所述标定靶标17为二维白色正方形平面，其上有9～49个矩阵排列的黑色实心圆点，直径为1.5～8mm，相邻圆点圆心间距为2～10mm，精度为0.01mm；特征点定义为黑色实心圆点的圆心。

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