《基於雷射環和單目視覺的空間物體位姿獲取機理研究》是依託揚州大學，由朱興龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於雷射環和單目視覺的空間物體位姿獲取機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱興龍
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過單目視覺和雷射環相結合，研究一種空間物體位置和姿態確定的新方法，為工業生產中的工件定位、機器人避障、移動機器人自主行走等提供基礎技術支撐。具體研究內容為：（1）單目視覺與雷射環組合獲取深度信息的機理分析，解決攝像機光軸與雷射源軸線平行問題，解決由於點光源的漫射，在CCD成像平面上不可能形成一個點，採用重心法求取的中心往往與光源的中心不重合，從而影響測量精度問題；（2）任意平面位姿獲取的原理分析，利用雷射環在CCD成像平面呈橢圓的特性，解決空間平面的姿態問題，尋找雷射環短徑在CCD成像平面上的位置對應信息，確定雷射環光源中心相對於攝像機坐標系的深度信息；（3）任意曲面重構的原理分析，研究雷射環在CCD成像面上封閉曲線的求取方法，通過封閉曲線約束和深度信息估測，確定空間任意曲面重構的方法。
結題摘要
建立了單目視覺和雷射環為主動標記的深度信息測量模型，得到了一種空間物體位置和姿態確定的新方法。第一，分析了單目視覺與雷射環組合獲取深度信息的機理，提出了攝像機光軸與雷射源光軸或雷射源母線平行的標定方法，該方法可以減少需要標定的參數，簡化了測量模型，減少了計算工作量；第二，由於點雷射源的漫射，在CCD成像平面上不可能形成一個點，分析了重心法求取雷射源在成像平面上的圖像中心與實際雷射源的光軸不一致的原理誤差，從而影響測量精度；第三，利用雷射環照射在空間平面上呈現橢圓的特性，證明了該雷射環在CCD成像面上也是橢圓，提出了利用成像橢圓獲得空間任意平面位姿的原理與方法，該方法採用最小二乘橢圓擬合方法，求出CCD面上的成像橢圓方程，並以雷射環邊界的空間方程為約束條件，設計了基於約束的搜尋算法。提出了以攝像機坐標系原點、雷射源光軸上特定點（對圓柱雷射源）或雷射源錐頂（對圓錐雷射源）、雷射環邊界的空間方程上任一點構造一個平面，得到該平面與成像橢圓方程的交點，然後建立空間直線方程，求取空間任意平面上的位置點的解析方法。上述兩種方法都避開了重心法的不足，從原理上解決了測量誤差問題。第四，利用雷射環照射在空間曲面上，其邊界呈現封閉曲線的特性，該封閉曲線在CCD成像面上也是封閉曲線，提出了利用該成像封閉曲線獲得任意曲面重構的方法，該方法採用最小二乘多項式擬合方法，解決了CCD成像面上封閉曲線的求取算法，通過成像封閉曲線和雷射環邊界的空間方程，確定了空間任意曲面的重構；第五，為了驗證上述方法的可行性，設計製造了一種三移動三轉動六個自由度的位姿調節平台，該平台可以完成標靶、攝像機、雷射源的位置和姿態地調整。由於很難購置到嚴格雷射環，設計了點雷射源地迴轉機構，通過電機驅動點雷射源繞軸線旋轉，採用高速攝像機攝像併合成，獲得雷射環，同時為六個自由度位姿調節平台和點雷射源迴轉機構設計了控制系統。製作了實驗用標靶，購置了三坐標測量機和高速攝像機，構建了基於雷射環和單目視覺的目標物體位姿測量平台；最後，依據測量平台，進行了攝像機光軸、雷射源母線確定的實驗，標定了攝像機鏡頭的焦距、攝像機坐標系與成像坐標系的偏差、檢查了攝像機鏡頭的畸變。進行了攝像機光軸與雷射源母線平行的調節實驗，並確定了雷射源地錐頂坐標。進行了空間物體深度信息獲取實驗和空間任意平面位姿確定的實驗。
