面向机器人抓取的双目视觉系统标定与目标位姿估计算法.pdf

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1、2016正仪表技术与传感器2016第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11面向机器人抓取的双目视觉系定与目标位姿估计算法江士雄，曹丹华，昊裕斌(华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉43o074)摘要：在双目视觉抓取系统中，首要任务是解决相机标定以及目标位姿估计问题。针对工业应用场景，文中提出了一种基于灭点一致性约束的相机标定算法，并利用目标的双目图像立体匹配结果，通过改进迭代最近点算法实现目标位姿估计。实验结果表明：该系统能够有效地估计目标位姿，目标位姿估计的平移与角度误差均能满足抓取需求。关键词：相机标定；双目视

2、觉系统；位姿估计；嵌入式平台中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1002—1841(2016)11一O110-04BinocularVisionSystemCalibrationand0bjectPoseEstimationMethodforRobertFetching’JIANGShi—xiong，CAODan．hua，WUYu．bin(SchoolofOpticalandElectronicInformationandTechnology，HuazhongUniversityofScience，Wuhan430074，China)Abstr

3、act：Thecameracalibrationandobjectposeestimationarethefundamentalprobleminbinocularvisionsystemforob-jectfetching．Intheindustrialapplicationscenarios，acameracalibrationmethodbasedonthevanishingpointconsistencycon—straintwasproposedinthispaper．Binocularimagestereomatchingalgorithm

4、wasapplied．Andtheobjectposewasestimatedbytheimprovediterativeclosestpointsalgorithm．Theexperimentalresultsshowthatthesystemcanefectivelyestimatetargetposi-tion．targetposeestimationoftranslationalandangulareⅡl0rCanmeetthedemandofgrab．Keywords：cameracalibration；binocularvisionsyst

5、em；poseestimation；embeddedplatform0引言1．双目视觉系统硬件平台在自动化流水生产线中。高效检测工件的姿态是双目视觉系统采用非经典的会聚式双目结构采提高生产线自动化程度和生产效率的关键技术之一。集图像，它包含上层处理器与下层处理器，其中每一目前，机器人已经广泛用于自动化生产线，为了实现个下层处理器处理一路图像数据。其对工件的抓取、装箱等，需要实现工件姿态的自动使用DSP智能相机作为下层处理器，PC机作为估计。上层处理器。该相机是以DSP为核心的图像处理平获取目标表面的三维坐标是实现目标位姿估计台。能够完成图像采集与处理任

6、务。该相机利用的首要问题。目前，广泛采用的方法有基于激光测距FPGA实现对CCD的时序控制以及数据采集，使用同的方式_1]．基于目标特征约束的单目相机方式[2]，以一外部控制信号。同时触发两相机进行图像采集。通及基于双目立体视觉的方式_4]。其中，双目立体视觉过以太网的方式．实现相机与相机之间的图像传输、具有安装方便、结构简单，对目标几何特征无特殊要相机与上层处理器机之间的通信。最后，上层处理器求等优点。因此。本文采用基于DSP智能相机的双目得到位姿数据，并控制机器人运动，系统框图如图1视觉系统，实现对目标的三维信息提取。所示本文提出了一种基于灭点一致

7、性约束的相机标定算法。首先，利用相机标定的结果与立体匹配得到的视差数据求得目标三维坐标。采用改进迭代最近点算法，实现目标位姿估计。并在实际场景中测试和验证了该系统处理位姿估计的问题的有效性。图1DSP智能相机双目系统平台框图收稿日期：2016—01—28第11期江士雄等：面向机器人抓取的双目视觉系统标定与目标位姿估计算法1112非经典双目结构下的目标位姿估计算法头畸变。目标位姿估计是通过目标三维信息计算目标与利用灭点重投影的畸变矫正算法_7]可以求得镜物体模型之间的空间变换关系。本文利用立体匹配头畸变模型参数。然后，根据矫正的图像可以估计出算法求得图像

8、视差，并结合相机标定结果得到目标三棋盘格图像中水平平行线与竖直平行线的直线方程，维信息。空间中