[發(fā)明專利]無位姿約束線激光單目視覺三維測量傳感器參數(shù)標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210473794.4
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102980528A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 習(xí)俊通;李凌旻;王振興;陳曉波
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

所屬技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種線激光單目視覺三維測量傳感器的標(biāo)定方法，特別是一種無位姿約束的單目視覺三維測量傳感器參數(shù)標(biāo)定方法。屬于光學(xué)測量和機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)：

典型的線激光單目視覺三維測量傳感器由線激光投射器和單目攝像機(jī)組成，其參數(shù)包括單目攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)：等效焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)、由靶標(biāo)坐標(biāo)系到單目攝像機(jī)坐標(biāo)系的變換矩陣；線激光投射器光平面參數(shù)：即線激光光平面方程的參數(shù)。?

傳統(tǒng)的線激光單目視覺三維測量傳感器的標(biāo)定方法，包括拉絲法、鋸齒靶法以及三維靶標(biāo)法等。但是這些方法中所用靶標(biāo)制作相對復(fù)雜，且標(biāo)定操作受到標(biāo)定參照物的限制。已有技術(shù)中，V.Niola?et?al.在論文A?method?for?the?calibration?ofa?3-D?laser?scanner（Robotics?and?Computer-Integrated?Manufacturing,2011,27:479-484）中提出的標(biāo)定方法，標(biāo)定時需要機(jī)械平臺控制靶標(biāo)精確移動，既容易引入機(jī)械誤差，又限制了標(biāo)定操作的自由度；F.Zhou、G.Zhang在論文Completecalibration?of?a?structured?light?stripe?vision?sensor?through?planar?target?of?unknownorientations（Image?and?Vision?Computing，2005，23(1)：59-67）中提出了一種基于自由移動平面靶標(biāo)的標(biāo)定方法，該方法雖然避免了標(biāo)定時需要控制靶標(biāo)位移而引入的機(jī)械誤差，但當(dāng)方形棋盤靶標(biāo)繞其所在平面的法向量旋轉(zhuǎn)角度稍大時，靶標(biāo)方格的行與列的辨識會出現(xiàn)二義性，導(dǎo)致交比不變原理中靶標(biāo)特征點(diǎn)與其成像點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系出錯，無法正確標(biāo)定光平面；因此，在移動靶標(biāo)時，仍需避免靶標(biāo)繞其所在平面的法向量旋轉(zhuǎn)，靶標(biāo)的擺放位姿并非完全自由，操作仍受到較大限制。?

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明針對現(xiàn)有標(biāo)定方法中靶標(biāo)的移動需要精密機(jī)械控制或可自由移動靶標(biāo)的擺放位姿受約束等不足，提出一種靶標(biāo)可自由移動且擺放位姿無約束的新標(biāo)定方法。該標(biāo)定方法提取標(biāo)定圖像中的光刀中心點(diǎn)集及靶標(biāo)特征點(diǎn)的成像點(diǎn)作為?三維測量傳感器標(biāo)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；根據(jù)靶標(biāo)特征點(diǎn)的成像點(diǎn)所構(gòu)成的向量簇叉積集合在任意拍攝位姿下的不變性，對靶標(biāo)特征點(diǎn)的成像點(diǎn)進(jìn)行排序，從而建立靶標(biāo)特征點(diǎn)與其成像點(diǎn)的一一對應(yīng)關(guān)系；由光刀中心點(diǎn)集擬合直線與靶標(biāo)特征點(diǎn)的成像點(diǎn)所構(gòu)成四邊形求交，提取圖像中的光平面特征點(diǎn)，并根據(jù)交比不變原理計(jì)算其三維坐標(biāo)。由上述全部數(shù)據(jù)信息，最優(yōu)化擬合計(jì)算單目攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)及線激光投射器的光平面參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)線激光單目視覺三維測量傳感器參數(shù)的精確標(biāo)定。具體標(biāo)定步驟如下：?

1）制作平面靶標(biāo)。以白色為底色制作平面靶標(biāo)，靶標(biāo)上分布四個黑色標(biāo)志圓圖案，這四個黑色標(biāo)志圓圖案均在設(shè)定的靶標(biāo)坐標(biāo)系內(nèi)；其中一個大直徑標(biāo)志圓的形心為A，三個相同直徑的小直徑標(biāo)志圓的形心分別為B、C、D，四個標(biāo)志圓形心的相對位置如下：以形心A為基準(zhǔn)，形心B位于形心A正右方，形心C位于形心A右上方，形心D位于形心A正上方，這4個形心就是標(biāo)定三維測量傳感器的靶標(biāo)特征點(diǎn)。?

2）獲取三維測量傳感器標(biāo)定所需圖像。將靶標(biāo)置于線激光單目視覺三維測量傳感器的測量場景中，開啟線激光投射器，投射線激光光刀至靶標(biāo)上，通過移動或旋轉(zhuǎn)任意改變靶標(biāo)位姿，用單目攝像機(jī)拍攝包含靶標(biāo)特征點(diǎn)及線激光光刀?的K幅標(biāo)定圖像，K≥2。?

3）三維測量傳感器標(biāo)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取。?

根據(jù)步驟2）中已獲得的標(biāo)定圖像中，提取4個標(biāo)志圓圖像的形心a、b、c、d；在像素行方向上采用灰度質(zhì)心法提取光刀圖像每一行的光刀中心點(diǎn)，由所有這些光刀中心點(diǎn)構(gòu)成光刀中心點(diǎn)集，其中形心a、b、c、d即為靶標(biāo)特征點(diǎn)在單目攝像機(jī)成像平面中的二維成像點(diǎn)；通過在靶標(biāo)平面上定義靶標(biāo)坐標(biāo)系，設(shè)定4個靶標(biāo)特征點(diǎn)A、B、C、D在靶標(biāo)坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，靶標(biāo)坐標(biāo)系定義如下：以大直徑標(biāo)志圓的形心A為原點(diǎn)，大直徑標(biāo)志圓形心A水平指向小直徑標(biāo)志圓形心B的方向作為U軸方向，大直徑標(biāo)志圓形心A豎直指向小直徑標(biāo)志圓形心D的方向作為V軸方向，W軸方向滿足右手法則，垂直于靶標(biāo)所在平面并向外；將光刀中心點(diǎn)集、形心a、b、c、d的二維坐標(biāo)以及靶標(biāo)坐標(biāo)系下形心A、B、C、D的三維坐標(biāo)作為三維測量傳感器標(biāo)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。?

4）三維測量傳感器標(biāo)定全部數(shù)據(jù)信息的獲取。?