[發(fā)明專利]2D攝像式激光測量頭的標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810366473.1
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108662987B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王培俊;羅磊;康凱寧;黃琳秦;李坪;徐浩;陳亞東
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

1.一種2D攝像式激光測量頭的標(biāo)定方法，2D攝像式激光測量頭用于獲取待測物體的2D輪廓檢測數(shù)據(jù)，其特征在于：2D攝像式激光測量頭包括封裝外殼(1)、封裝外殼(1)內(nèi)部的線激光器(2)和CCD相機(3)；線激光器(2)用于發(fā)射激光平面(4)，激光平面(4)投射到待測物體，在待測物體表面生成一條用于表征輪廓的激光線條，標(biāo)定板(5)與線激光器(2)發(fā)出的激光平面(4)相交；CCD相機(3)用于拍攝標(biāo)定板(5)的圖像；本標(biāo)定方法通過差分法提取線激光器投射到標(biāo)定板上的激光光條，提取中心線，將中心線還原到攝像機坐標(biāo)系下，擬合空間中多條中心線，計算激光平面在攝像機坐標(biāo)系下的空間方程，進而計算激光平面與攝像機坐標(biāo)系的空間位置關(guān)系，測量頭的標(biāo)定分為兩個部分：相機內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定和激光平面位置標(biāo)定；

整個標(biāo)定過程中，拍攝多個不同角度的標(biāo)定背景圖像和標(biāo)定目標(biāo)圖像；標(biāo)定背景圖像和標(biāo)定目標(biāo)圖像組成標(biāo)定圖像組；相機內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定和激光平面位置標(biāo)定分開標(biāo)定，先標(biāo)定相機內(nèi)部參數(shù)，再標(biāo)定激光平面位置；激光平面(4)與封裝外殼軸線(6)垂直；

標(biāo)定方法包括如下步驟：

(1)固定2D攝像式激光測量頭位置，將標(biāo)定板(5)放置在CCD相機(3)能夠清晰拍攝的視野范圍內(nèi)，并固定標(biāo)定板(5)；

(2)打開線激光器(2)，采集此時標(biāo)定板圖像為標(biāo)定目標(biāo)圖像；

(3)關(guān)閉線激光器(2)，采集此時標(biāo)定板圖像為標(biāo)定背景圖像；

(4)標(biāo)定背景圖像和標(biāo)定目標(biāo)圖像組成圖像組，當(dāng)結(jié)束采集一個角度的圖像組后，改變標(biāo)定板位置，拍攝下一個角度的圖像組；

(5)標(biāo)定所有標(biāo)定背景圖像，計算CCD相機內(nèi)部參數(shù)矩陣；

(6)將標(biāo)定目標(biāo)圖像與標(biāo)定背景圖像作差分，提取激光光條中心線，計算光條中心線與棋盤格特征點外矩形的特征交點A_i和B_i；

(7)將特征交點還原到攝像機坐標(biāo)系下，擬合多個角度的特征交點，計算激光平面的空間方程；根據(jù)空間方程，計算平面與坐標(biāo)系之間的相互關(guān)系，求取變換矩陣H；

標(biāo)定多張不同角度的標(biāo)定背景圖像，采用張正友標(biāo)定法，獲取相機的內(nèi)部參數(shù)矩陣M。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2D攝像式激光測量頭的標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟(6)進一步為：將標(biāo)定目標(biāo)圖像與標(biāo)定背景圖像作差，獲取僅含有激光光條圖像；對提取的激光光條圖像作畸變校正；閾值分割校正后的激光光條圖像，并提取光條中心線，計算光條中心線與亞像素角點外矩形的特征交點A_i和B_i；通過矩陣運算，計算特征交點在攝像機坐標(biāo)系下的坐標(biāo)A_ci和B_ci；其中所述的特征交點A_i、B_i到攝像機坐標(biāo)系下的特征交點A_ci、B_ci的關(guān)系式為：

其中，s為比例系數(shù)，M為內(nèi)參矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2D攝像式激光測量頭的標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟(7)進一步為：擬合多個特征交點為平面，此平面即為激光平面在攝像機坐標(biāo)系下的空間位置；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量法，即可計算激光平面到攝像機坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣R；激光平面到攝像機坐標(biāo)系的平移矩陣為T，取值為激光平面上任意一點坐標(biāo)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2D攝像式激光測量頭的標(biāo)定方法，其特征在于：步驟(7)中求取位置矩陣時，通過精確標(biāo)定相機內(nèi)部參數(shù)和激光平面位置，激光平面到圖像坐標(biāo)系的變換關(guān)系式為：

其中，H矩陣即為激光平面到圖像平面的變換矩陣，s為比例系數(shù)，M為內(nèi)參矩陣，R_ij為矩陣R的元素，T_ij為矩陣T的元素。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2D攝像式激光測量頭的標(biāo)定方法，其特征在于：完成相機內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定和激光平面位置標(biāo)定后，在攝像機和線激光器相對位置不變情況下，外部環(huán)境發(fā)生改變，僅需重新標(biāo)定內(nèi)部參數(shù)。