[發明專利]基于三相機協同激光的3D探測方法及裝置

有效

• 申請號: 202011147905.3
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112525106B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 趙開春;尤政;歐陽晨光;胡蘇興
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B11/245
• 分類號: G01B11/245;G06T7/136;G06T7/80
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

1.一種基于三相機協同激光的3D探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，利用激光器將網格狀激光照射至目標物表面；

S2，對三目相機進行標定，得到各個相機的內參矩陣以及相機之間的平移向量、旋轉矩陣、基礎矩陣；

S3，通過所述三目相機采集激光線圖像，提取所述激光線圖像中每條激光線的中心圖像，以進行所述特征點以及特征直線匹配；

S4，計算匹配好的特征點以及特征直線的三維信息，得到所述目標物表面的點云；以及

S5，通過步進電機控制所述激光器平移，迭代執行步驟S3和步驟S4，直至得到所述目標物表面完整輪廓的三維點云數據；

其中，所述S3中，采用基于極值法的閾值分割剔除激光線圖像的背景，以獲得光帶，再利用灰度重心法，獲得每條激光線的中心圖像，其中，采用基于極值法的閾值分割，首先求得圖像中像素點灰度最大值Gm，設定閾值T＝kGm(0.4＜k＜0.9)，k的值根據實際情況選取，遍歷圖像像素點，對于像素點(x，y)，若其灰度值G(x，y)＜T，令G(x，y)＝0，

灰度重心的公式為：

其中，Ω是目標區域集合，G(x，y)是點(x，y)的灰度值，(x₀，y₀)是計算出的灰度重心坐標；

基于相機間幾何約束的點匹配方法，利用所述三目相機的三焦點張量提供的約束關系匹配所述特征點及所述特征直線，其中，點特征匹配方法為：通過計算得到三焦點張量T＝[T₁，T₂，T₃]，三幅圖像中的一組匹配的特征點p₁，p₂，p₃滿足如下關系：令：若：則三個點匹配，其中ε₁為閾值，為經驗參數；其中，直線特征匹配方法為：三幅圖像中的一組匹配的特征點l₁，l₂，l₃滿足如下關系：若：則三條線匹配，其中ε₂為閾值，為經驗參數；

所述S4中，利用三目相機的冗余信息計算匹配好的特征點以及特征直線，其中，有C₁，C₂，...，C_n共n臺相機，空間中一點P(X，Y，Z)^T的像點在各相機像素坐標系下的坐標分別為p₁＝(u₁，v₁)^T，p₂＝(u₂，v₂)^T，...，p_i＝(u_i，v_i)^T，...p_n＝(u_n，v_n)^T，則：

其中，K_i是第i個相機的內參矩陣，R_i，T_i分別為第i個相機的旋轉矩陣和平移向量，則：

則：

消去可得：

寫成矩陣形式為：

其中：

則對于由n個相機組成的多目立體視覺系統有：

方程數為2n的超定線性方程組，由最小二乘法可以求解：

2.根據權利要求1所述的基于三相機協同激光的3D探測方法，其特征在于，利用網格狀激光圖案對所述三目相機進行標定。