本發(fā)明屬于線陣相機標定技術領域，具體涉及一種多線陣相機檢測系統(tǒng)的相機高精度校準標定板及實現(xiàn)校準的方法。

技術背景

機器視覺檢測技術在工業(yè)中應用日趨廣泛，需根據(jù)不同檢測幅面大小設計成像掃描系統(tǒng)，如在帶鋼、布匹等表面缺陷檢測中，被檢測物具有檢測平面尺寸大、檢測精度要求高、運動速度快等特點，而單個相機分辨率有限，需要多個相機拼接使用。

由于成像機理不同，在測量高速運動物體時，往往采用多線陣組合的掃描檢測系統(tǒng)。為了保證多線陣相機掃描檢測系統(tǒng)成像一致性，需要進行高精度的校準和調整，如各個相機相對檢測平面的位姿保持一致、各相機相互掃描線共線及成像清晰度一致等。

目前，多線陣相機系統(tǒng)校準方法，多采用人工目測加簡單的輔助物實現(xiàn)調整焦距、視場重疊及掃描區(qū)域共線。存在精度差、效率低，調整參數(shù)有限等缺點。如單個相機軸線與檢測平面垂直校準無法實現(xiàn)，整個系統(tǒng)精準度過分依賴機械支架制造和安裝精度。

因此，本發(fā)明結合線陣相機成像特點，設計一種用于多線陣相機檢測系統(tǒng)的相機校準標定板，并提出相應高精度校準方法。該標定板及校準方法在高速大幅面高精度檢測中，圖像處理算法快速簡單，兼顧效率和精度，可快速準確實現(xiàn)多個線陣相機相互位姿校準。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明對生產應用中，多個線陣相機聯(lián)合使用情況下，線陣相機標定難度大、精度差的問題提出解決方案。本發(fā)明在標定板板體上設計出特殊圖案，通過識別處理對線陣相機進行調整。同時，使用本發(fā)明中的標定板，可以將多個線陣相機的掃描線調整至共線，標定精度高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種多線陣相機檢測系統(tǒng)的相機高精度校準標定板及實現(xiàn)方法，所述標定板板體表面有一組黑色條紋和一組等腰三角形組成。

黑條紋區(qū)域中的黑條紋形狀大小完全相同，每條條紋寬度為a毫米，高度為b毫米，黑條紋數(shù)量根據(jù)每個相機成像視場內有n個完整的黑條紋(n≥20)和線陣相機組中相機數(shù)量確定，條紋寬a、條紋高b、單個相機視場內條紋數(shù)量n和夾角α關系為h×tanα＝(2n-1)×a。三角形區(qū)域中的等腰三角形形狀大小完全相同，每個等腰三角形頂角θ在90°～120°范圍內，三角形數(shù)量根據(jù)每個相機成像視場內有不少于4個完整的三角形和線陣相機組中相機數(shù)量確定。

一種多線陣相機校準的實現(xiàn)方法包括如下步驟：

步驟一、將板體與檢測平面重合，且在校準過程中板體只能沿x平動，線陣相機組安裝于支架上，各線陣相機以支架為基準沿x、y、z對齊，且每個相機可沿x平移、y平移、繞z旋轉、繞x旋轉微調，沿z平移、繞y旋轉根據(jù)成像光路要求固定。

步驟二、實現(xiàn)單個相機對應掃描線與黑條紋區(qū)域(2)y方向平行校準。

依次將線陣相機組內每個相機對黑條紋區(qū)域(2)成像，假設當相機掃描線與y軸夾角α小于等于1°時，認為相機掃描線與y軸方向達到平行。調節(jié)相機繞z軸旋轉，觀察相機視場內黑條紋數(shù)目為n時，實現(xiàn)相機掃描線與黑條紋區(qū)域(2)y軸方向平行；

步驟三、實現(xiàn)單個相機軸線與板體平面垂直校準。

對每個相機獲取的圖像處理，根據(jù)圖像中黑色條紋間距調整相機x軸旋轉角β。相機繞x軸旋轉，依次計算相鄰黑條紋間距，比較相鄰條紋間間距大小，相機向條紋間距大的一側旋轉調整，當任意相鄰黑條紋間間距相等時相機軸線與板體平面垂直。

步驟四、實現(xiàn)多個相機對應掃描線共線校準。

將板體沿x軸正向平移，使線陣相機組中第一個相機和第二個相機同時對區(qū)域(3)成像。分別處理對應圖像，得到兩組相鄰黑色條紋間距l(xiāng)1.1，l1.2，l1.3…l1.n和l2.1，l2.2，l2.3…l2.n，對兩組數(shù)據(jù)求均值l1、l2。比較l1和l2大小關系，調整第二個相機沿x軸方向平動，使其對應圖像中黑色條紋間距l(xiāng)2等于第一個相機對應圖像中的黑色條紋間距l(xiāng)1，實現(xiàn)兩個相機掃描線共線。依次調整第三個相機對應圖像中黑色條紋間距使其等于前一個相機對應圖像中的黑色條紋間距，直至所有相機，則實現(xiàn)線陣相機組(4)內所有相機掃描線共線。

本發(fā)明的有益效果是：該標定板是根據(jù)所對應相機分辨率、像元尺寸及成像視場大小來確定標定板中圖案大小，能夠實現(xiàn)對單個線陣相機快速準確調整。能精確測量出多個線陣相機掃描線在x軸方向上的相對位置差，并進行調整，最終使所有線陣相機掃描線共線。

附圖說明

參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點將通過本發(fā)明實施方式的具體描述得以闡明，其中：

圖1是本發(fā)明在檢測平面上校準標定板布置結構示意圖。

圖2是本發(fā)明提出的標定板及圖案示意圖。

圖3a是線陣相機繞z軸旋轉調整前，掃描線與黑條紋中心線夾角α示意圖。圖3b是線陣相機繞z軸旋轉調整后，相機掃描線與黑條紋中心線平行后示意圖。

圖4a是相機繞x旋轉調整前，相機偏向y軸正方向，相機成像區(qū)域內黑條紋大小間距示意圖。圖4b是相機繞x旋轉調整前，相機偏向y軸負方向，相機成像區(qū)域內黑條紋大小間距示意圖。圖4c是相機繞x旋轉調整后，相機垂直于標定板，相機成像區(qū)域內黑條紋大小間距示意圖。

圖5a是相機掃描線掃描標定板區(qū)域(3)空間結構示意圖。圖5b是掃描線在x軸方向間距示意圖。

圖6是相機完成校準調整后空間結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步闡述，實施例僅用于闡明本發(fā)明，便于相關領域技術人員綜合理解本發(fā)明的細節(jié)，而不用于限制本發(fā)明的范圍。在詳述實施例時，為了便于說明，所示圖樣僅為示意圖。在閱讀本發(fā)明后，本領域技術人員對本發(fā)明任何等價形式的修改屬于本發(fā)明權利要求限定范圍之內。

如圖1所示，本發(fā)明在生產作業(yè)任務中線陣相機、標定板和被測物的布局結構示意，其中1為校準標定板板體，2為板體表面的黑色條紋區(qū)域，3為板體表面的等腰三角形區(qū)域，4為線陣相機組，5為相機支架桿，6為被檢測平面。根據(jù)被測物幅寬以及檢測精度確定相機型號和相機數(shù)量。

如圖2所示，標定板板體表面由一組黑條紋和一組等腰三角形組成。黑條紋區(qū)域中的黑條紋形狀大小完全相同，每條條紋寬度為a毫米，高度為b毫米，黑條紋數(shù)量根據(jù)每個相機成像視場內有n個完整的黑條紋(n≥20)和線陣相機組中相機數(shù)量確定，條紋寬a、條紋高b、單個相機視場內條紋數(shù)量n和夾角α關系為b＝(2n-1)×a×tanα。三角形區(qū)域中的等腰三角形形狀大小完全相同，每個等腰三角形頂角θ在90°～120°范圍內，三角形數(shù)量根據(jù)每個相機成像視場內有不少于4個完整的三角形和線陣相機組中相機數(shù)量確定。

下面通過一個實施例來說明本發(fā)明的標定板：

某被測物平面幅寬900毫米，使用3臺線陣相機聯(lián)合檢測，每臺線陣相機成像視場330mm，相鄰相機掃描線相互重合30毫米，左右兩側相機掃描線各超出檢測平面邊緣15毫米，3臺相機聯(lián)合檢測范圍寬度w＝930毫米。根據(jù)單臺相機視場內包含28條完整黑條紋，可使黑條紋區(qū)域內每條黑條紋寬度a＝6毫米，相鄰兩黑條紋間距6毫米，每條黑條紋高度b＝5毫米。整個標定板板體表面黑條紋區(qū)域共有81條完整黑條紋，標定板板體長度l為970毫米，黑條紋區(qū)域在標定板上居中排布。等腰三角形區(qū)域內每個等腰三角形頂角θ＝120°，底邊長c＝40毫米，相鄰三角形頂點之間距離d＝50毫米，在標定板板體表面共有19個完整的三角形，三角形區(qū)域在標定板上居中排布，其中在每個相機視場內有6個完整的三角形。

將標定板板體與檢測平面重合，確保標定板中的黑條紋區(qū)域在線陣相機4-1視場內，對相機4-1繞z軸旋轉調整α1角，統(tǒng)計相機視場內完整的黑條紋數(shù)目n，當n＝28時相機4-1對應掃描線線1與黑條紋區(qū)域y方向平行。依次對相機4-2、4-3進行繞z軸旋轉調整α2、α3，分別使相機4-2、4-3掃描線線2、線3與黑條紋區(qū)域y方向平行。所有相機繞z軸調整平行后如圖3b所示。

對相機獲取的圖像處理，根據(jù)處理圖像得到黑色條紋間距，調整相機x軸旋轉角β。對相機4-1繞x軸旋轉，計算相鄰黑條紋間距，比較相鄰條紋間間距大小。如圖3b所示相機4-1向y軸正方向傾斜，其視野范圍內黑色條紋如圖4a所示，相機向y軸負方向旋轉調整β1角，當任意相鄰黑條紋間距相等時相機軸線與標定板平面垂直，如圖4c所示。對相機4-2、4-3繞x軸旋轉，計算相鄰黑條紋間距，比較相鄰條紋間間距大小。如圖3b所示相機4-2、4-3向y軸負方向傾斜，其視野范圍內黑色條紋如圖4b所示，相機向y軸正方向旋轉調整β2角，當任意相鄰黑條紋間距相等時相機軸線與標定板平面垂直，如圖4c所示。

如圖5a所示，平移標定板，使標定板中的等腰鈍角三角形區(qū)域在線陣相機4-1與4-2共同的視角范圍內，使線陣相機組中第一個相機4-1和第二個相機4-2同時對三角形區(qū)域成像。分別處理對應圖像，得到兩組相鄰黑色條紋間距l(xiāng)1.1，l1.2，l1.3…l1.n和l2.1，l2.2，l2.3…l2.n如圖5b所示，對兩組數(shù)據(jù)求均值l1、l2。以相機4-1視場內條紋間距l(xiāng)1為基準，比較相機4-2視場內條紋間距l(xiāng)2與l1的大小關系。若l1＞l2，則相機4-2位于相機4-1的前方，由計算出平行掃描線線1、線2在x軸方向上的相對距離，平移相機4-2使兩個相機中平行掃面線相對距離h＝0；若l1＜l2，則相機4-2位于相機4-1的后方，由計算出平行掃描線線1、線2在x軸方向上的相對距離，平移相機4-2使兩個相機中平行掃面線相對距離h＝0。

以相機4-2視場中黑色條紋間距為基準，與相機4-3中黑色條紋間距作比較。計算出平行掃描線線2、線3在x軸方向上的相對距離h，平移相機4-3使兩個相機中平行掃描線相對距離h＝0。至此，多線陣相機標定完成，如圖6所示。

以上僅以部分實施例對本發(fā)明進行說明，并不構成對本發(fā)明的任何限制，凡在本發(fā)明的精神和原則內做出的任何修改、改進及等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。