[發(fā)明專利]結(jié)構(gòu)光傳感器的外參標(biāo)定裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010174833.5
• 申請(qǐng)日: 2020-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN111256592B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭寅;尹仕斌;郭磊;馮偉昌;孫穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 易思維（杭州）科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種利用結(jié)構(gòu)光傳感器的外參標(biāo)定裝置對(duì)結(jié)構(gòu)光傳感器進(jìn)行標(biāo)定的方法，所述結(jié)構(gòu)光傳感器包括投射器和相機(jī)；

所述結(jié)構(gòu)光傳感器的外參標(biāo)定裝置，包括：靶標(biāo)本體和多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球，所述多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球設(shè)置在靶標(biāo)本體上，數(shù)量不少于四個(gè)，各標(biāo)準(zhǔn)球球心不在同一個(gè)空間平面上，相鄰兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球球心之間的水平距離大于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的半徑之和、垂直距離小于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的半徑之和；

其特征在于包括以下步驟：

1)將所述外參標(biāo)定裝置固定在相機(jī)的視場(chǎng)范圍內(nèi)，投射器向所述標(biāo)定裝置上投射結(jié)構(gòu)光，至少一個(gè)光平面能夠覆蓋標(biāo)定裝置中的所有標(biāo)準(zhǔn)球；

2)相機(jī)采集包含經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)球調(diào)制后結(jié)構(gòu)光圖像，計(jì)算各標(biāo)準(zhǔn)球球心的在傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；

3)利用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x獲取各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球球心在外部坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；

4)基于剛體變換，解算出傳感器坐標(biāo)系與外部坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，即得出結(jié)構(gòu)光傳感器的外參。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：利用標(biāo)準(zhǔn)球球心在傳感器坐標(biāo)系下和在外部坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)：

分別求取任意兩個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球球心的在傳感器坐標(biāo)系下的間距I，及在外部坐標(biāo)系下的間距D；

將間距I與間距D進(jìn)行比對(duì)，得出偏差值，依據(jù)偏差值評(píng)價(jià)所述結(jié)構(gòu)光傳感器的精度。

3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述結(jié)構(gòu)光傳感器包括單線結(jié)構(gòu)光傳感器、多線平行結(jié)構(gòu)光傳感器、多線交叉結(jié)構(gòu)光傳感器、散斑結(jié)構(gòu)光傳感器；

所述標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x包括：三坐標(biāo)機(jī)、激光跟蹤儀、全站儀、經(jīng)緯儀或關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：當(dāng)所述結(jié)構(gòu)光傳感器為單線結(jié)構(gòu)光傳感器時(shí)，投射出的單線結(jié)構(gòu)光覆蓋標(biāo)定裝置中的所有標(biāo)準(zhǔn)球且不經(jīng)過各標(biāo)準(zhǔn)球的球心；

步驟2)相機(jī)采集包含經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)球調(diào)制后結(jié)構(gòu)光圖像，計(jì)算各標(biāo)準(zhǔn)球球心的在傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，具體方法如下：

根據(jù)結(jié)構(gòu)光圖像中的單個(gè)圓弧擬合圓A，計(jì)算圓心在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x,y,z)，將其轉(zhuǎn)換到光平面坐標(biāo)系，得出其在光平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x_p，y_p，0)：

其中RT表示光平面坐標(biāo)系和相機(jī)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)、平移矩陣；

則球心在光平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)表示為(x_p，y_p，z_p)，其中R為標(biāo)準(zhǔn)球的半徑，r為所述圓A的半徑；

再利用傳感器內(nèi)參標(biāo)定得出的光平面坐標(biāo)系與傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)平移關(guān)系，解算出球心在傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；

依次擬合結(jié)構(gòu)光圖像中的各個(gè)圓弧，利用相同的計(jì)算，得出各標(biāo)準(zhǔn)球球心在傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。

5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述靶標(biāo)本體設(shè)有多個(gè)高度不同的平面，所述平面呈階梯狀分布，逐次升高或逐次降低、或先升高再降低，或先降低再升高，或高低上呈無規(guī)律分布。

6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：各標(biāo)準(zhǔn)球的尺寸互不相等。

7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述光平面坐標(biāo)系通過以下方式建立：Z軸垂直光平面，原點(diǎn)為相機(jī)光軸與光平面的交點(diǎn)，X軸平行于光平面在相機(jī)坐標(biāo)系X_c和Z_c軸上截點(diǎn)的連線，Y軸根據(jù)右手定則獲取。

8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：當(dāng)所述結(jié)構(gòu)光傳感器為多線結(jié)構(gòu)光傳感器時(shí)，投射出的多線結(jié)構(gòu)光中有一條結(jié)構(gòu)光能夠覆蓋標(biāo)定裝置中的所有標(biāo)準(zhǔn)球且不經(jīng)過各標(biāo)準(zhǔn)球的球心，

或：有兩條或多條線結(jié)構(gòu)光覆蓋標(biāo)定裝置中的所有標(biāo)準(zhǔn)球，此時(shí)，步驟2)計(jì)算各標(biāo)準(zhǔn)球球心的在傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，具體方法如下：

提取投射到單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球上的所有線結(jié)構(gòu)光的光條中心、利用結(jié)構(gòu)光測(cè)量原理進(jìn)行三維重建，擬合球并解算出球心在傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。

9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：當(dāng)所述結(jié)構(gòu)光傳感器為散斑結(jié)構(gòu)光傳感器時(shí)，投射出的散斑結(jié)構(gòu)光能夠覆蓋標(biāo)定裝置中的所有標(biāo)準(zhǔn)球；

步驟2)中，計(jì)算各標(biāo)準(zhǔn)球球心的在傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，具體方法如下：提取投射到單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球上的所有散斑結(jié)構(gòu)光特征、利用結(jié)構(gòu)光測(cè)量原理進(jìn)行三維重建，擬合球并解算出球心在傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。