专利名称：视觉测量系统中相机转动轴位置测量方法
技术领域：
本发明涉及到在视觉测量系统中与相机连接的转动装置转动轴位置的测量，属于光电测量测量领域，适用于相机与转动装置相对位置的测量与相机的标定。
背景技术：
在视觉测量系统中，相机自身位置以及相机与传动装置的相对位置要在测量前进行精确的标定。相机标定在计算机视觉、机器人和自动化以及计算机集成制造系统等领域有重要应用。几十年来，大量的研究者一直致力于提出快速有效的算法来解决这一问题。已有技术可以大致分为两组摄影测绘标定和自标定。前者观察一个标定参照物且该参照物的三维空间信息是精确已知的。这些方法需要昂贵的标定仪器和精心的试验设计。后者不需要任何标定目标，但由于有许多参数需要估计，不能保证总得到可靠的标定结果。然而， 上述方法在标定相机和与之相连接的转动装置的转动轴之间的位置时，都存在有价格昂贵或精度不足的局限性，难以适用。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种视觉测量中相机与转动轴相对位置的测量方法。可以实现相机前期微小装配误差的检测，具有简单实用，精度高等优点。本发明提供一种视觉测量中相机与转动轴相对位置的测量方法，包括包括两路准直LED光源及光开关的光输出结构，向探测面发射光束；相机探测部分，被测相机与转动轴固定在一起，并且所述相机接收部分包括一个面阵CCD，接收从两路准直LED光输出结构发射的光信号中的一路，当被测相机随着转动轴转动时，引起CCD上相应光点位置的变化， 根据运动前后光点位置变化计算相机与转动装置相对位置。以被测CCD相机转动前后两个成像面为基础建立坐标系，将运动前后光斑在CCD 相机成像面上的相面坐标转换到所建立的坐标系，联立运动前后的坐标求解CCD相机实际位置与理想位置之间的关系，由此得到相机转动轴位置。两路准直LED光输出结构采用I个带尾纤LED光源发射光束，所述光束经光开关分光后，由光纤传输并进行准直输出。两路准直LED光输出结构发射的两束光束的交于一点后投射到探测CCD面上。所述光电接收部分的CCD的感光面采集经光开关分时传输来的对应光源信号。本发明与现有技术相比具有结构简单、安装调整方便、可获得高测量精度的特点， 可用于相机与转动轴相对位置的测量。


通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中图I为根据本发明实施例的相机转动轴位置测量装置结构的示意图
图2为根据本发明实施例的相机随转动轴转动后与原设计转动位置运动量的测量图。图3为根据本发明实施例的相机实际转动轴与原设计转动位置偏移量的測量图。
具体实施例方式现在将详细描述本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始終表 示相同的部件。下面通过參照附图来描述这些实施例以解释本发明。图I为根据本发明实施例的相机转动轴位置測量装置结构的示意图。參照图1，相 机转动轴位置測量装置结构包括耦合LED光源1，光纤2，光开关3，光纤4，准直器5，准直 光线6，CXD相机7和转动装置8。光源I发出耦合如光纤的LED光，经过光纤2，由光开光 3控制在不同的时刻经过不同路的准直器5出射，照射在CXD相机7上。面阵CXD相机7是光电接收部分。CXD相机7转动装置8刚性固定。结合转动机构8的运动与固定在其上的CXD相机7所采集的光斑中心位置，计算 出CCD相机7与转动装置8之间的安装固定相对位置。下面从理论上对相机与转动轴相对位置的测量的计算方法进行分析图2给出了相机随转动轴转动后与原设计转动位置运动量的测量图，两条入射光 线在CXD相机7成像面上的先后成像位置为AD，BC。由于转动角度a经自准直仪标定可 知，光线I和光线2与CXD相机7所成角度P，Y提前标定好，那么建立以0点为原点的直 角坐标系，A，D两点可以通过CXD相机7测得其坐标位置，我们可以计算出B，C两点的理论 位置。经过对B，C两点理论值与实测值的对比，如果发现有一定的偏差，由于运动前后 只有一个绕转动轴转动的过程，则可以推断，转动轴位置不在0点，而在CCD平面以外，设其 为0'。由专利200810149832. 4以及所测得光斑位置可知，CXD不仅发生转动，还产生了 平移运动，设其平移向量为(m，n)的，由此可以推算出转动后CCD在假设坐标系中所处的直 线位置，即z = tan a x+n—tan a Xm(I)图3给出了相机实际转动轴与原设计转动位置偏移量的測量图，由于运动前后只 有一个绕转动轴转动的过程，转动轴位置不在0点，而在CCD相机7平面以外，设其为0'。以上平移向量求解过程參考专利200810149832. 4以CXD相机7中心轴线俯视图所对应的点为原点建立坐标系。设0'点坐标为(a, b),那么，BO =-a, BO' = b 分析上图可知，0'B 丄 AB，0' E 丄 CE 且AB = CE，Z B 0' E=Za = 2 Z 0 , ABO' DSAEO' D，所以 BD = ED 即 AD-AB = CE-CD，AD-(A0+a) = (A0+a)_CD(2)tan 0 = BD/B 0' = DE/B 0' = (CE_CD)/B 0' = (AB_CD)/B 0'即tan 0 = (AO+a-CD) /b(3)AO已知，AD可通过AO与CF交点横坐标计算得出，⑶可通过由一条光线在转动后CXD上光斑中心位置计算出的CF与D点与F点之间的距离DF做差获得。最后联立(2) (3)，解得a，b。即相机与转动轴相对位置虽然已经参照本发明的示例性实施例具体描述和显示了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。
权利要求
1.一种视觉测量系统中相机转动轴位置测量方法，包括光源发光部分，包括两路准直LED光源及光开关的光输出结构，向探测面发射光束；相机探测部分，被测相机与转动轴固定在一起，并且所述相机接收部分包括一个面阵 CCD，接收从两路准直LED光输出结构发射的光信号中的一路。当被测相机随着转动轴转动时，引起CCD上相应光点位置的变化，根据运动前后光点位置变化计算相机与转动装置相对位置。
2.根据权利要求I所述的视觉测量系统中相机转动轴位置测量方法，其特征是，以被测CCD相机转动前后两个成像面为基础建立坐标系，将运动前后光斑在CCD相机成像面上的相面坐标转换到所建立的坐标系，联立运动前后的坐标求解CCD相机实际位置与理想位置之间的关系，由此得到相机转动轴位置。
3.根据权利要求I或2所述的视觉测量系统中相机转动轴位置测量方法，其特征是，两路准直LED光输出结构采用I个带尾纤LED光源发射光束，所述光束经光开关分光后，由光纤传输并进行准直输出。
4.根据权利要求I或2所述的视觉测量系统中相机转动轴位置测量方法，其特征是，两路准直LED光输出结构发射的两束光束的交于一点后投射到探测CCD面上。 全文摘要
本发明提出一种视觉测量中相机与转动轴相对位置的测量方法，包括两路准直LED光源及光开关的光输出结构，向探测面发射光束；相机探测部分，被测相机与转动轴固定在一起，并且所述相机接收部分包括一个面阵CCD，接收从两路准直LED光输出结构发射的光信号中的一路，当被测相机随着转动轴转动时，引起CCD上相应光点位置的变化，根据运动前后光点位置变化计算相机与转动装置相对位置。本发明的视觉测量中相机与转动轴相对位置的测量方法可用于相机与转动装置相对位置的测量与相机的标定。
文档编号G01B11/00GK102607412SQ201210064090
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者刘力双, 吕勇, 李晓英, 牛春晖, 郎晓萍 申请人:北京信息科技大学