[發明專利]一種基于支持向量機的線結構光視覺傳感器標定方法

在審

• 申請號: 201710196948.2
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN106949851A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 鄒媛媛;李鵬飛;蔡尚
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 李曉光

技術領域

本發明屬于結構光視覺測量技術應用領域，具體地說是一種基于支持向量機的線結構光視覺傳感器標定方法。

背景技術

線結構光視覺測量技術具有測量精度高、實時性好、抗干擾能力強等特點，在工業測量、三維重建、逆向工程等領域有著廣泛的應用。

線結構光傳感器的標定方法主要包括傳統標定方法和直接標定方法。傳統標定方法即有模型標定方法，該方法基于攝像機的針孔成像理論建立結構光三維視覺檢測數學模型，標定攝像機的內外參數以及光平面與攝像機的位置關系。目前應用的有模型標定方法主要有靶標標定法、微分法、消隱點法、機械調整法、細絲散射法、交比不變法等。有模型標定方法為了提高標定精度，相應的模型也會越復雜，計算量也很大，還存在著提取特征點數量少，靶標精度不高，應用領域受制約等缺點。

發明內容

針對現有技術中結構光傳感器標定方法模型復雜、計算量也很大等不足，本發明要解決的技術問題是提供一種簡單快速、精度高的基于支持向量機的線結構光視覺傳感器標定方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明一種基于支持向量機的線結構光視覺傳感器標定方法，包括以下步驟：

1)建立由高精度標定板和利用五維精密位移臺組成的靶標；

2)線結構光視覺傳感器中的激光器投射結構光光平面至靶標上產生結構光光紋與靶標上的條紋相交，產生一條或多條結構光條紋，形成靶標上的特征點；

3)在靶標上建立空間坐標系OXYZ，通過靶標上的條紋尺寸和五維精密平移臺的刻度值，獲取靶標上特征點的空間坐標系坐標(x,y,z)；

4)由線結構光視覺傳感器中的攝像機采集包括靶標條紋和結構光光紋的圖像，對圖像經數字圖象處理后提取特征點，進而得到特征點的圖像坐標(u,v)；

5)基于支持向量機建立每個結構光光平面上的特征點的圖像坐標和三維空間坐標的映射關系；

6)對線結構光視覺傳感器進行標定，依據傳感器對實物測量到的待標定點的圖像坐標(u,v)，輸入映射模型得到該點的空間坐標系坐標(y,z)，實現對線結構光視覺傳感器的直接標定。

步驟1)中建立由高精度標定板和利用五維精密位移臺組成的靶標為：

選擇刻印有高精度等間隔條紋線的平板作為標定板，條紋線寬度和間隔寬度的尺寸已知，標定板的長度和寬度由攝像機的視場大小決定，將條紋所在面作為被測面；

將標定板安裝在五維精密位移臺上，通過五維精密平移臺的角度調節來調整標定板，使標定板條紋所在的被測面垂直于五維精密位移臺的豎直移動方向，使條紋所在方向平行于五維精密位移臺的一個水平移動方向，固定安裝，組成標定靶標。

步驟2)中線結構光視覺傳感器中激光器投射結構光光平面至靶標上產生一條結構光光紋與靶標上的條紋相交，形成靶標上的特征點，具體為：

將線結構光視覺傳感器中的激光器發射的結構光光平面投射在靶標被測面上形成結構光光紋，結構光光紋與靶標上的條紋垂直相交，結構光光紋和條紋兩個邊緣的交點，即為靶標上的特征點。

步驟3)中在靶標上建立空間坐標系OXYZ，其包括如下過程：

定義光平面有效區間內的最遠端，即距離傳感器最遠位置處，該位置的結構光光紋與靶標邊緣的條紋的外邊緣相交的交點為坐標原點O；

定義空間坐標系的三個坐標軸：垂直于被測面且平行于五自由度精密平移臺的豎直移動方向定義為Z軸方向；被測面上量塊的長度方向定義為X軸方向，與X軸在同一平面且垂直于X軸方向定義為Y軸方向。

步驟3)中通過靶標上的條紋尺寸和五維精密平移臺的刻度值，獲取靶標上特征點的空間坐標系坐標(x,y,z)為：

標定靶標為高精度等間隔條紋線，條紋寬度尺寸和條紋間隔尺寸已知，依據靶標上建立的空間坐標系，空間三維坐標Y軸坐標通過特征點和坐標零點位置關系計算獲取；

空間三維坐標X軸、Z軸坐標通過五自由度精密位移臺3的X軸、Z軸刻度信息獲取，最終得到特征點的空間三維坐標(x,y,z)。

步驟4)中由線結構光視覺傳感器中攝像機采集包括靶標條紋和結構光光紋的圖像為：

41)在光平面(10)同一Z軸位置采集圖像，經數字圖象處理后提取n組特征點，得到n組特征點的圖像坐標(u,v)；依據五自由度精密平移臺的讀數值和空間坐標系的原點位置，得到靶標上特征點的空間坐標系坐標(x,y,z)；記錄該被測面上結構光光紋(6)上的所有靶標上的特征點(4)的圖像坐標(u,v)和空間坐標系坐標(y,z)；