[發明專利]一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法

在審

• 申請號: 201710527134.2
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107907048A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 肖玉飛;周翔;劉俊;涂宏斌;周繼輝;田煒
• 申請（專利權）人: 長沙湘計海盾科技有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)使用左右相機同時拍攝不同位置下的棋盤格標定靶圖像，提取圖像中的亞像素級角點坐標，并分別對左右相機進行單目標定；

2)對左右相機之間位置關系進行立體標定，獲得旋轉矩陣R和平移向量T；

3)根據雙目相機標定結果，計算出左右相機之間的基本矩陣F；

4)打開線激光器并對待測工件投射激光光條，使用左右相機獲取包含線激光光條的待測工件圖像，對左、右相機獲取的圖像進行立體校正和高斯濾波，并基于閾值分割算法初步提取出像素精度的激光光條；

5)基于Hessian矩陣法對激光光條進行一步細化，以獲得亞像素精度的光條中心坐標；

6)基于極線約束和激光條紋約束實現左右相機激光光條中心點匹配；

7)獲取左右相機所有激光光條對應的匹配點后，結合相機標定結果，計算出光條中心點對應的三維坐標，即完成光條點的三維重構，實現待測工件三維輪廓信息測量。

2.根據權利要求1所述的一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法，其特征在于,其中所述步驟1中分別對不同視角下左右相機拍攝的棋盤格圖像使用Hassris算法檢測圖像中的像素級角點坐標，棋盤格模板尺寸大小為9×6，并基于OpenCV中的CornerSubpix()函數進行亞像素級角點提取，搜索窗口大小設置為11×11，使用zhang平面標定法分別對左右工業相機進行標定。

3.根據權利要求1所述的一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法，其特征在于，所述步驟1中單目相機標定結果為：左工業相機內參數矩陣A_l,左工業相機鏡頭徑向與切向畸變系數k_l1,k_l2，p_l1，p_l2，左攝像機與世界坐標系之間的旋轉與平移矩陣R_l、T_l，右工業相機內參數矩陣A_r，右工業相機鏡頭徑向與切向畸變系數k_r1,k_r2，p_r1，p_r2；右攝像機與世界坐標系之間旋轉和平移矩陣R_r、T_r。

4.根據權利要求1所述的一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法，其特征在于,所述步驟2中左右相機之間的旋轉矩陣R＝R_rR_l^-1，平移矩陣T＝T_r-R_rR_l^-1T_l。

5.根據權利要求1所述的一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法，其特征在于，所述步驟3中基本矩陣其中，[T]_x為平移矩陣T的反對稱矩陣，且有：

6.根據權利要求1所述的一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法，其特征在于，所述步驟4，包括如下步驟：

1)根據雙目相機標定結果，分別考慮徑向和切向兩種畸變要素，采用Bouguet法對采集到的激光圖像進行立體校正；

校正前后坐標變換可表示為：

(X',Y')為像平面坐標系下的一點的理想像素坐標，(X_d',Y_d')為像平面坐標系下的一點的實際像素坐標；k₁，k₂為徑向畸變系數，p₁，p₂為切向畸變系數；

2)對校正后的圖像進行模板尺寸為5×5的高斯濾波，以去除噪聲干擾；

3)基于閾值法初步提取出激光中心線，其中閾值T為暗色背景與激光光條之間的灰度閾值，此處T＝250，f(u,v)為包含激光光條圖像的灰度值。