[發明專利]一種基于單應性矩陣的線結構光系統標定方法

有效

• 申請號: 201811470059.1
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109443209B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 劉元坤;平乙杉;張啟燦;薛俊鵬
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 51229 成都正華專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳選中

1.一種基于單應性矩陣的線結構光系統標定方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將標定靶標垂直固定設置于平移設備上；

S2、采用CCD相機獲取無激光照射的標定靶標圖像；

S3、對無激光照射的標定靶標圖像進行角點提取與直線擬合，得到至少兩條第一擬合直線；

S4、采用線激光器垂直投射在標定靶標上，并采用CCD相機獲取有激光照射的標定靶標圖像；

S5、從有激光照射的標定靶標圖像中獲取光刀圖像，并對光刀圖像進行重心提取與線性擬合，得到第二擬合直線；

S6、提取每條第一擬合直線與第二擬合直線的交點作為特征點，連接標定靶標圖像上的所有特征點組成一條特征線；

S7、采用平移設備將標定靶標沿垂直于標定靶標平面的方向平移指定步進量，并重復步驟S2～S6，得到至少兩條特征線；

S8、通過所有特征線構建光刀特征面；

S9、構建表示光刀特征面與CCD相機圖像平面映射關系的單應性矩陣；

S10、選擇至少四個非共線的特征點，根據每個特征點的世界坐標以及每個特征點在圖像平面上對應像點的圖像坐標計算出單應性矩陣中的未知量，完成線結構光系統的標定；

所述步驟S9包括以下分步驟：

S9-1、以第一條特征線上的第一個特征點為坐標原點O，以特征線的豎直向下的方向為X_w軸，以平移設備的平移方向為Z_w軸，采用右手定則建立世界坐標系O-X_wY_wZ_w；

S9-2、以圖像平面的左上角為坐標原點O，以圖像平面水平方向為u軸，以圖像平面豎直方向為v軸，建立圖像坐標系O-uv；

S9-3、根據相機針孔成像模型下物點和像點的成像幾何關系，構建表示光刀特征面與CCD相機圖像平面映射關系的單應性矩陣H＝A[r₁r₃t]，其中A表示CCD相機的內參數矩陣，且：

其中f_x,f_y分別為u軸和v軸的尺度因子，γ為u軸和v軸的傾斜因子，且當u軸和v軸垂直時γ＝0，u₀,v₀分別為CCD相機的光軸中心在圖像平面的坐標；r₁,r₃分別為3×3單位正交旋轉矩陣R中的第1列元素和第3列元素，t為3×1的平移矢量；

所述步驟S10包括以下分步驟：

S10-1、選擇N個非共線的特征點，獲取每個特征點的世界坐標及其在圖像平面上對應像點的圖像坐標；其中N≥4；

S10-2、將每個特征點的世界坐標及其對應像點的圖像坐標轉化為齊次坐標形式；

S10-3、假設單應性矩陣為根據每個特征點與像點的對應關系，即得到一個包含2N個方程的方程組：

其中s為尺度因子，[u_i,v_i,1]^T表示第i個像點的齊次坐標，[X_wi,Z_wi,1]^T表示第i個特征點的齊次坐標，i＝1,2,...,N；根據該方程組計算得到單應性矩陣H，從而完成線結構光系統的標定。

2.根據權利要求1所述的線結構光系統標定方法，其特征在于，所述標定靶標平面包括兩個左右對稱的棋盤格區域，兩個棋盤格區域之間設置有一個用于投射線激光的白色區域。

3.根據權利要求2所述的線結構光系統標定方法，其特征在于，所述步驟S3具體為：

采用Harris角點提取算法對無激光照射的標定靶標圖像進行處理，提取棋盤格角點，再對屬于同一行的角點進行直線擬合，得到至少兩條第一擬合直線。

4.根據權利要求1所述的線結構光系統標定方法，其特征在于，所述步驟S5包括以下分步驟：

S5-1、采用閾值濾波法從有激光照射的標定靶標圖像中獲取光刀圖像；

S5-2、采用灰度重心法從光刀圖像中提取每行的重心點坐標，得到重心點圖像；

S5-3、采用最大似然法去掉重心點圖像中的明顯噪點；

S5-4、對重心點圖像中的剩余有效數據點進行直線擬合，得到第二擬合直線。