[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

本發明公開了一種基于三相機協同激光的3D探測方法及裝置，其中，該方法包括：利用網格激光作為主動光源照射到物體表面；通過三目相機采集激光線圖像；通過圖像處理和計算得到激光線圖像的三維信息，從而得到目標物輪廓的點云；若需要得到更稠密的點云，可通過步進電機控制平移激光器，從而對目標物進行掃描，得到目標物表面完整輪廓的三維點云數據，即可獲得精度更高的點云數據，進一步可以得到目標物的位置、姿態等三維信息。該方法解決了現有視覺測量方案特征點匹配困難、點云精度低、對于光照條件要求較高等問題，不需要在目標物表面貼標志物，適用范圍廣，可操作性強。

技術領域

本發明涉及光學電子測量技術領域，特別涉及一種基于三相機協同激光的3D探測方法及裝置。

背景技術

3D探測在工業生產、航天航空、自動駕駛等領域都有著重要需求。常見的3D探測方法有視覺測量(包括單目、雙目以及多目)、激光雷達測量、多傳感器融合測量等。其中，基于雙目立體視覺的測量方法應用最為廣泛，具有結構簡單、功耗低等優點，但存在一定的局限性，對光照條件要求較高，特征點匹配對于目標物表面紋理和材料等要求較高。近年來激光雷達發展迅速，但激光雷達存在功耗高、成本大、結構復雜等缺點，點云的分辨率也受限。雙目相機協同線激光掃描的方案可以較好的解決特征點匹配困難的問題，但線激光掃描周期長，系統動態性能較差。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種基于三相機協同激光的3D探測方法，該方法精度高、適用范圍廣、結構簡單、動態性能好。

本發明的另一個目的在于提出一種基于三相機協同激光的3D探測裝置。

為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了基于三相機協同激光的3D探測方法，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，提取所述激光線圖形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；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。

本發明實施例的基于三相機協同激光的3D探測方法，采用三目相機結合網格狀激光的方式，可以更好的適應不同的環境和目標物，且可避免立體視覺中特征點匹配困難的問題，有效提高測量精度，提高系統動態性能；采用基于相機間幾何約束的點匹配方法，可以有效提高特征點匹配的精度和效率；可以通過控制是否平移激光器進行掃描來選擇得到稀疏點云或者稠密點云，并且點云的密度也可以通過調節掃描速度來進行控制，根據不同測量需求可以自由調節。

另外，根據本發明上述實施例的基于三相機協同激光的3D探測方法還可以具有以下附加的技術特征：

可選地，在本發明的一個實施例中，利用網格狀激光圖案對所述三目相機進行標定。

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述步驟S3中，采用基于極值法的閾值分割剔除所述激光線圖形的背景，以獲得光帶，再利用灰度重心法，獲得所述每條激光線的中心圖像。

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述步驟S3中，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。

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述步驟S4中，利用所述三目相機的冗余信息計算匹配好的特征點以及特征直線。