三维机器视觉多目相机标定机器人手眼标定.pdf_3D相机手眼标定

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三维视觉

3D Vision

得即高歌失即休，

多愁多恨亦悠悠。

今朝有酒今朝醉，

明日愁来明日愁。

 

 
目录 
前言 ............................................................................... 1 
基本概念 ........................................................................... 4 
1 3D 转换和位姿 ................................................................ 4 
1.1 三维坐标 ............................................................... 4 
1.2 平移 ................................................................... 5 
1.3 旋转 ................................................................... 6 
1.4 刚性变换和相似变换矩阵 ................................................. 9 
1.5 3D 位姿 ............................................................... 12 
1.6 对偶四元数 ............................................................ 13 
2 相机模型和参数 .............................................................. 15 
2.1 世界坐标系中点映射到像素坐标 .......................................... 16 
2.2 面扫描相机 ............................................................ 16 
2.3 倾斜镜头和移轴景深光学原理 ............................................ 24 
2.4 线阵相机 .............................................................. 25 
3 3D 物体模型 ................................................................. 27 
3.1 获取三维物体模型 ...................................................... 27 
3.2 三维物体模型的内容 .................................................... 31 
3.3 修改三维物体模型 ...................................................... 32 
3.4 提取 3D 物体模型的特征 ................................................. 36 
3.5 三维匹配 .............................................................. 38 
3.6 可视化三维物体模型 .................................................... 42 
使用单个相机在指定平面上进行测量 .................................................. 44 
1 第一个例程 .................................................................. 44 
2 三维相机标定 ................................................................ 46 
2.1 创建标定数据模型 ...................................................... 46 
2.2 指定相机初始内参 ...................................................... 46 
2.3 描述标定物体 .......................................................... 52 
2.4 观测多种位姿的标定物体 ................................................ 53 
2.5 限制标定指定参数 ...................................................... 55 
2.6 执行标定 .............................................................. 55 
2.7 获取标定结果 .......................................................... 55 
2.8 获取标定结果 .......................................................... 57 
2.9 保存结果并释放标定数据模型 ............................................ 58 
2.10 排错 ................................................................. 58 
3 将图像转换到世界坐标系及反向情况 ............................................ 58 
3.1 主要原理 .............................................................. 59 
3.2 点的世界坐标系 ........................................................ 59 
3.3 轮廓的世界坐标系 ...................................................... 60 
3.4 区域的世界坐标系 ...................................................... 60 
3.5 将世界坐标转换为图像坐标 .............................................. 60 
3.6 补偿镜头畸变 .......................................................... 61 
4 校正图像 .................................................................... 61 
4.1 将图像转换到世界坐标系 ................................................ 62 

 

 
4.2 只进行径向畸变校正 .................................................... 66 
5 测量非平面物体 .............................................................. 68 
未知物体三维位姿识别 .............................................................. 70 
三维立体视觉 ...................................................................... 70 
1 立体视觉原理 ................................................................ 70 
1.1 立体视觉系统的安装 .................................................... 72 
1.2 立体视觉系统解决方案 .................................................. 73 
1.3 使用倾斜镜头优化焦距 .................................................. 74 
2 立体视觉系统标定 ............................................................ 75 
2.1 创建和配置标定数据模型 ................................................ 75 
2.2 获取标定图像 .......................................................... 76 
2.3 观测标定物体 .......................................................... 76 
2.4 观测标定物体 .......................................................... 76 
3 双目立体视觉系统 ............................................................ 76 
3.1 Correlation-Based, Multigrid, and Multi-Scanline 三种立体匹配方法比较 .. 77 
3.2 获取标定结果 .......................................................... 78 
3.3 获取立体图像 .......................................................... 78 
3.4 校正图像 .............................................................. 79 
3.5 重建三维信息 .......................................................... 82 
3.6 未标定的立体视觉系统 .................................................. 89 
4 多目立体视觉 ................................................................ 90 
4.1 初始化立体视觉模型 .................................................... 90 
4.2 重建三维信息 .......................................................... 92 
基于 Sheet of Light 的激光三角测量 ................................................. 95 
聚焦深度测量 ...................................................................... 95 
机器人视觉 ........................................................................ 95 
1 支持的配置 .................................................................. 96 
1.1 关节型机器人和水平关节型机器人 ........................................ 96 
1.2 相机和标定板与 3D 传感器和 3D 物体 ...................................... 96 
1.3 相机和标定板与 3D 传感器和 3D 物体 ...................................... 97 
1.4 提前标定相机与在手眼标定期间标定相机 .................................. 97 
2 手眼标定原理 ................................................................ 98 
3 提前标定相机 ................................................................ 99 
4 准备标定的输入数据 .......................................................... 99 
4.2 标定物位姿 ........................................................... 100 
4.2 机械臂位姿 ........................................................... 100 
5 执行标定 ................................................................... 101 
6 确定 SCARA Robots 在 Z 方向的平移 ............................................ 102 
7 使用标定数据 ............................................................... 103 
7.1 为抓取使用手眼标定（3D 对齐） ......................................... 104 
7.2 怎样获取物体的三维位姿 ............................................... 104 
7.3 固定相机的一个应用：抓取螺母 ......................................... 105 
标定的图像拼接 ................................................................... 108 
未标定的图像拼接 ................................................................ 108 
对任意畸变的校正 ................................................................ 108 