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1、光电子·激光第14卷第4期2003年4月JournalofOptoelectronics·LaserVol.14No.4Apr.2003X基于液晶编码的三维视觉测量沙吉乐,冯展军,吴斌,邾继贵,叶声华(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072)摘要:研究了基于液晶(LCD)编码技术的三维(3D)曲面测量方案。该方案利用LCD投射规则点到被测3D曲面,经过粗2细匹配技术获得高精度空间匹配点,由高精度标定的CCD给出空间匹配点的3D坐标,从而完成曲面测量。该方案测量速度快,测量精度优于0.2mm。系统结构简单,实现了完全自动化测量。关键词:液晶(
2、LCD)编码;视觉检测;粗2细匹配;标定中图分类号:TN247文献标识码:A文章编号:100520086(2003)04203912043DVisualMeasurementTechnologyBasedonLCDCodingProcessSHAJi2le,FENGZhan2jun,WUBin,ZHUJi2gui,YESheng2hua(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnology&Instruments,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Anew3
3、DmeasuringtechnologybasedonLCDencodingprocesswasproposed.RegularpointsproducedbyLCDwereprojectedtomeasuringsurface.Arough2precisematchingtechnologyconductshighprecisionofspacematchingpoints.Accuratecalibratedcameracangivethreecoordinatesofthesematchedpoints.Thismethodisfastandwithhi
4、ghprecisionwhichislessthan0.2mm.Thesetsiseasyestablishedandcanfulfillcompleteautomatization.Keywords:LCDcodingprocess;visualinspection;rough2precisematching;calibrate配精度高、操作简单和可改变编码图案以适应不同编1引言码方式的优点。LCD按测量方案显示不同的结构光,三维(3D)外形轮廓测量一直受到国内外的关由光学系统投射至被测曲面,经调制获得所需的特征[1]注。而视觉技术由于其非接触和快速测量的优
5、点,测量图形。本文主要研究了对规则点进行空间编码,目前已成为CAD、CAM、逆向工程(RE)和快速原形获得空间特征匹配点的方案。(RP)中产品研发的新趋势,涉及汽车制造、通信、家2摄像机模型及标定电、玩具、模具、航天和五金等行业。在3D视觉测量方案中,经常采用激光扫描技术或光栅编码技术来获针对主动视觉要求测量精度高且标定不要求实[2,3]得空间特征点。其中前者需要借助扫描系统,虽然时,因此采用镜头一阶径向畸变的摄相机透视成像模测量精度高但测量速度比较慢;后者虽然测量速度型,如图1所示。Oc为成像透视中心;OcZc为摄像机快,但图像处理比较复杂,需要借助一些约束
6、条件,测成像透镜的光轴,它与摄像机像平面垂直;O为光轴量精度较低,当条纹断裂为教小条时匹配存在一定与像平面的交点,为CCD的像面中心。坐标系O2问题。XYZ为像平面坐标系;Oc2XcYcZc为摄像机坐标系;本文介绍了一种基于液晶(LCD)成像的主动式坐标系Of2UV为计算机图像坐标系(即帧存体坐标视觉测量方案。该方案与传统方案相比,具有测量匹系,单位为pixels);Ow2XwYwZw为空间3D坐标系。X收稿日期:2002211204修订日期:20032012033基金项目:天津市重大科技攻关资助项目(003101311)·392·光电子·激光2003年第14
7、卷靠单个摄像机是无法获得空间3D坐标的。一般采用双目传感器来实现3D坐标测量,其模型如图2所示。图1带有径向畸变的摄像机透视成像模型Fig.1Thecameraimagingmodelwithradialaberration空间任意一点P在3D坐标系中的坐标为(xw,图2双目视觉传感器测量原理图yw,zw),在摄像机坐标系中的坐标为(xc,yc,zc);P点Fig.2Schematicdiagramofbinocularvisionsensor投射在像平面上的无畸变点Iu在像平面坐标系O2XYZ的坐标为(Xu,Yu),有一阶径向畸变点Id在像空间任一点P(xw
8、,yw,zw)在左摄像机坐标系Oa2平
