[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

技術領域

本發明涉及計算機視覺三維測量技術領域，特別是涉及一種線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法。

背景技術

線結構光三維測量技術是通過向被測物體表面投射結構光光條，使用相機獲取光條圖像并進行分析處理，利用光學三角法測量原理，恢復出被測物體的三維輪廓信息。其測量精度高、速度快，目前廣泛應用于工業測量等領域。基于線結構光實現三維測量需要先標定好攝像機和激光平面之間的位置關系，但傳統的標定方法大多存在標定精度不高、標定過程過于繁瑣等不足。

雙目視覺測量是用雙目相機同時從兩個不同視角對同一物體進行拍攝，獲取并提取圖片特征點，匹配兩幅圖像上同一個物點所對應的像點，根據視差原理恢復出待測物體的三維幾何信息。尋找同一個物點在兩幅圖像中的像點，進而求出兩個像點視差的過程稱為雙目立體匹配。由于陰影、噪聲、光照條件變化以及特征提取差異等因素影響，使得雙目立體匹配稱為雙目視覺測量中的一個傳統難題。

本發明通過將線結構光技術和雙目視覺測量結合，提出一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺工件三維測量方法，通過線激光器發射出的一字線激光對被測工件的空間位置進行約束，通過對結構光條提取和細化處理，采用極線約束、光條約束準則對結構光進行匹配，最終根據視差原理恢復出被測工件的三維輪廓信息。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法，用于實現傳送帶上工件三維信息的高精度在線測量功能。

本發明的技術方案是，一種基于線結構光掃描的雙目立體視覺三維測量方法，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。

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。

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，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。

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。

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，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：

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，所述步驟4，包括如下步驟：