[發明專利]2D攝像式激光測量頭的標定方法

有效

• 申請號: 201810366473.1
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108662987B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 王培俊;羅磊;康凱寧;黃琳秦;李坪;徐浩;陳亞東
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 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所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明公開了一種2D攝像式激光測量頭的標定方法，測量頭包括封裝外殼、線激光和CCD相機；線激光器用于發射激光平面，激光平面投射到待測物體，在待測物體表面生成一條用于表征輪廓的激光線條，標定板與線激光器發出的激光平面相交；CCD相機用于拍攝標定板的圖像；本標定方法通過差分法提取線激光器投射到標定板上的激光光條，提取中心線，將中心線還原到攝像機坐標系下，擬合空間中多條中心線，計算激光平面在攝像機坐標系下的空間方程，進而計算激光平面與攝像機坐標系的空間位置關系；本發明可用于精確標定激光測量頭的內部參數和激光平面位置；標定過程無需其他輔助設備，操作簡單。

技術領域

本發明設計輪廓測量領域，具體為2D攝像式激光測量頭的標定方法。

背景技術

一個物體的外觀輪廓包含著外在多種基本信息，如：完整性、美觀性等。測量一個物體輪廓信息，是獲取輪廓尺寸常用方法。輪廓測量方法有多種，如：三坐標測量儀、機器視覺測量等。在機器視覺輪廓測量中，光切法是一種常用的輪廓測量方法。光切法通過投射激光線條到待檢測物體表面，拍攝帶光條的輪廓信息，通過圖像處理獲取外觀輪廓。采用光切法測量輪廓，采用標定板接近激光平面的方式標定激光平面空間位置。由于難以保證激光平面與標定板平面絕對重合，因此，標定結果難以達到較高精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種2D攝像式激光測量頭的標定方法，適用于大多數攝像式激光測量頭的內參與激光平面位置標定，提高標定精度。

為了達到上述目的，本發明技術方案如下：

一種2D攝像式激光測量頭的標定方法，2D攝像式激光測量頭用于獲取待測物體的2D輪廓檢測數據，其特征在于：2D攝像式激光測量頭包括封裝外殼、封裝外殼內部的線激光和CCD相機；線激光器用于發射激光平面，激光平面投射到待測物體，在待測物體表面生成一條用于表征輪廓的激光線條，標定板與線激光器發出的激光平面相交；CCD相機用于拍攝標定板的圖像；本標定方法通過差分法提取線激光器投射到標定板上的激光光條，提取中心線，將中心線還原到攝像機坐標系下，擬合空間中多條中心線，計算激光平面在攝像機坐標系下的空間方程，進而計算激光平面與攝像機坐標系的空間位置關系，測量頭的標定分為兩個部分：相機內部參數標定和激光平面位置標定。

作為優選方式，整個標定過程中，拍攝多個不同角度的標定背景圖像和標定目標圖像；標定背景圖像和標定目標圖像組成標定圖像組。

作為優選方式，相機內部參數標定和激光平面位置標定分開標定，先標定相機內部參數，再標定激光平面位置。

作為優選方式，激光平面與封裝外殼軸線垂直。

作為優選方式，所述方法進一步包括如下步驟：

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

(2)打開線激光器，采集此時標定板圖像為標定目標圖像；

(3)關閉線激光器，采集此時標定板圖像為標定背景圖像；

(4)標定背景圖像和標定目標圖像組成圖像組，當結束采集一個角度的圖像組后，改變標定板位置，拍攝下一個角度的圖像組；

(5)標定所有標定背景圖像，計算CCD相機內部參數矩陣；

(6)將標定目標圖像與標定背景圖像作差分，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；根據空間平面方程，計算平面與坐標系之間的相互關系，求取變換矩陣H。

作為優選方式，標定多張不同角度的標定背景圖像，采用張正友標定法，獲取相機的內部參數矩陣M。