[發明專利]一種快速多線結構光視覺測量系統標定方法

有效

• 申請號: 201910202385.2
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109827521B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 武栓虎;李愛娟;辛睿
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙) 32266
• 代理人: 伍兵

1.一種快速多線結構光視覺測量系統的標定方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)分別標定首尾兩個光平面，得到其光平面單位法向量和距離參數；

(2)利用步驟(1)得到首尾光平面的法向量計算兩個光平面的旋轉角和旋轉向量；

(3)利用多線結構光等距平行且相交于一條直線的特征和步驟(2)計算的旋轉角計算各相鄰光平面之間的夾角；

(4)利用步驟(3)計算的各光平面之間夾角和步驟(2)計算的旋轉向量構造各光平面之間的旋轉矩陣；

(5)根據步驟(4)得到的旋轉矩陣和第一個光平面的單位法線向量，計算中間各光平面的單位法向量；

(6)利用步驟(1)得到的首尾光平面方程，首先計算各光平面的共有交線，并采樣多個點，然后分別計算中間各光平面方程的距離參數。

2.根據權利要求1所述的一種快速多線結構光視覺測量系統的標定方法，其特征在于，視覺測量系統標定包括相機參數標定和多線結構光平面標定，相機投影測量模型為：

其中：s為常比例系數，(u,v)為目標與對應結構光平面交線上點的圖像坐標，K為投影矩陣，fx和fy分別為相機在x、y方向焦距參數，Cx和Cy為成像主點，[x_c,y_c,z_c]^T是相機坐標系下的點的三維坐標；

多線結構光平面模型為：

其中：2N+1是光平面的個數，[n_i,x,n_i,y,n_i,z]^T表示第i個光平面的單位法向量，[x_c,y_c,z_c]^T是相機坐標系下的點的光平面上的任何三維坐標，|d_i|是相機坐標原點到激光平面的垂直距離。

3.根據權利要求2所述的一種快速多線結構光視覺測量系統的標定方法，其特征在于，所述步驟(1)中首尾單結構光平面基于相機投影矩陣和單應矩陣進行快速標定，單應矩陣根據標靶的上所有特征點和對應的圖像像素坐標由下式確定：

其中，H為單應矩陣，[u,v]^T為投影坐標，[x_w,y_w]^T為標靶平面上對應世界坐標；根據單應矩陣后，可求出光平面與平面標靶交線上的任何像素對應的世界坐標，那么相機坐標系下的特征點三維坐標為：

4.根據權利要求3所述的一種快速多線結構光視覺測量系統的標定方法，其特征在于，在首尾單結構光平面標定操作中，各移動平面標靶兩次，分別求取兩條直線上像素點對應的三維坐標，利用最小二乘擬合得到首尾兩個光平面方程：

n_1,xx+n_1,yy+n_1,zz＝d₁

n_2N+1,xx+n_2N+1,yy+n_2N+1,zz＝d_2N+1

其中：[n_1,x,n_1,y,n_1,z]^T和[n_2N+1,x,n_2N+1,y,n_2N+1,z]^T為首尾光平面的單位法向量，|d₁|和|d_2N+1|分別為相機坐標系原點到首尾兩個光平面的距離。