[發明專利]一種基于二維交比不變的結構光傳感器結構參數標定方法

有效

• 申請號: 200810081873.4
• 申請日: 2008-05-13
• 公開（公告）號: CN101363713A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發明（設計）人: 張廣軍;孫軍華;劉謙哲;魏振忠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙軍

技術領域

本發明涉及視覺測量技術，具體涉及一種基于二維交比不變的結構光傳感器結構參數標定方法。

背景技術

結構光視覺傳感技術采用的是非接觸測量方式，測量范圍較大。而且測量速度快、系統柔性好、精度適中，在三維重建、產品在線檢測、逆向工程等領域有著廣泛的應用。

結構光傳感器是一種基于光學三角測量原理的視覺測量系統。結構光投射器投射一定模式的結構光到被測物體上，被被測物體表面調制形成調制光條，用攝像機拍攝含有調制光條的被測物體表面圖像，根據攝像機成像模型及攝像機同結構光的空間位置關系可以得到被測物體表面三維坐標。

結構光傳感器所投射的結構光可以分為點結構光、線結構光、單線結構光、多線結構光、圓結構光、錐形結構光等不同模式的結構光。如何確定不同模式的結構光同攝像機的空間位置關系，即結構光傳感器結構參數的標定，是首先需要解決的問題。

常用的結構光傳感器結構參數標定方法有拉絲法、鋸齒靶法、基于三維靶標的交比不變法以及基于平面靶標的標定方法等。其中，

拉絲法是讓結構光投射到在空間分布的幾根不共面的細絲上，由于細絲散射而形成亮點，采用電子經緯儀測出亮點在空間中的坐標值，根據圖像上亮點坐標及空間中亮點實測得的坐標值，來求解結構光與攝像機間的位置參數。這種標定方法需要人工測量亮點的坐標，操作復雜，測量誤差較大，并且需要輔助設備。

鋸齒靶法是段發階等人在儀器儀表學報，2000，21(1)：108-110發表的文章“一種新型結構光傳感器結構參數標定方法”中提出的，該方法采用一個簡單的標定靶和一個一維工作臺實現線結構光傳感器的高精度標定，不需要其它儀器輔助測量光平面上點的坐標。但該方法需要調整一維工作臺或結構光傳感器的姿態，使得光平面與棱線相垂直，因此操作復雜。另外，加工齒形靶成本高，齒棱有限，獲得的標定點數目少。

基于三維靶標的交比不變法是徐光佑等人在計算機學報，1995，Vol.18，No.6發表的文章“一種新的基于結構光的三維視覺系統標定方法”中提出的，該方法采用一個高精度的具有兩個相互垂直平面的立體靶標，每個平面獲取至少三個共線的特征點，利用交比不變原理獲得結構光光條與該已知三點所在直線的交點。該方法需要的三維靶標加工成本高，兩個垂直平面之間容易出現遮擋，而且獲得的標定點也不多。

目前，常用的簡單有效的標定方法是基于二維平面靶標的標定方法，其中基于平面靶標的交比不變法，是周富強在Image?and?Vision?Computing，Volume23，Issue?1，January?2005，Pages59-67發表的文章“Complete?calibration?of?astructured?light?stripe?vision?sensor?through?planar?target?of?unknownorientations[J]”中提出的一種結構光視覺傳感器結構參數的標定方法，該方法采用交比不變原理獲得標定點，靶標上特征點行數很少，一般為3～10行，而一行特征點(至少三個)只能獲得一個標定點，因此，該方法只適合標定線結構光，若標定非線結構光會產生較大擬合誤差。

邾繼貴在專利號為CN200510013231.7的發明專利中提出一種基于共面參照物的線結構光傳感器快速標定方法，該方法提出了利用攝像機光心和直線光條圖像所決定的平面與共面參照物的交線來標定線結構光。這種方法無需輔助設備，不存在遮擋問題，操作簡單，但此方法只能用于線結構光或多線結構光的標定。

綜上所述，目前結構光標定還存在著提取特征點數量少，只能標定特定模式線結構光的缺點。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于二維交比不變的結構光傳感器結構參數標定方法，可獲取的標定點較多，且可標定任意模式的結構光。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于二維交比不變的結構光傳感器結構參數標定方法，該方法包括：

a、建立攝像機坐標系、圖像平面坐標系；

b、建立靶標坐標系，用攝像機拍攝平面靶標圖像，并對拍攝的平面靶標圖像進行畸變校正，然后提取經畸變校正后平面靶標圖像上至少四個非共線特征點的坐標，再根據提取的特征點坐標，確定靶標坐標系到攝像機坐標系的變換關系；以及提取所述畸變校正后平面靶標圖像上的光條坐標；