[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

一種快速多線結構光視覺測量系統的標定方法，步驟如下：(1)分別標定首尾(第一個和最后一個)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。

技術領域

本發明涉及計算機視覺應用領域基于結構光的視覺測量系統的標定問題，特別涉及一種垂直投射于成像平面時其交線圖像具有等距平行特性的線結構光視覺測量系統快速標定方法。

背景技術

線結構光測量是一種通過向目標表面投射線結構光平面，從而獲得該平面于待測目標表面交線處點的三維坐標。在實際應用中，通過增加第三軸運動信息將交線輪廓拼接起來，能夠檢測復雜目標表面的三維曲面輪廓。多線結構光是單線結構光的拓廣，避免增加第三維運動信息，可以一次獲得目標表面的三維坐標，具有高速、高精度、抗干擾性強等優點，近年來得到了廣泛的應用。常用多線結構光投射器由光源和刻有等距平行線的鏡頭組成，在垂直投射到平面標靶時其交線圖像具有平行等距的特點(如圖1所示)。目前市面上出現的多線結構光投射器可投射的線數從7線到81線之多(一般情況為奇數條)，但其標定過程一直沿用單線結構光的標定策略，即首先逐條檢測、索引、估計每個光平面與標靶交線圖像上的特征點，然后得到光平面方程，步驟繁瑣，而且系統的最大標定精度取決于個別光平面的標定誤差。

發明內容

基于上述問題，本發明針對常用多線結構光等距平行的特點，提出一種快速多線結構光視覺測量系統標定方法，無論多少個光平面，只需標定首尾(第一個和最后一個)兩個光平面方程，就可推算出其它光平面的參數，整體精度取決于首尾光平面的標定精度，快捷、實用，具有很好的推廣應用價值。

本發明的目標是通過以下技術方案實現的。

一種快速多線結構光視覺測量系統的標定方法，包括以下步驟：

(1)分別標定首尾(第一個和最后一個)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。

上述快速多線結構光視覺測量系統的標定方法，所述標定方法基于多線結構光視覺測量系統模型，其標定過程標定包括相機參數標定和光平面標定，相機模型為：

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：