[發明專利]一種高精度線激光三維重建標定方法

在審

• 申請號: 202210926776.0
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115187676A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 鄭道勤;齊文博;王侃;威池軍博;馬愷璘;王建力
• 申請（專利權）人: 重慶中科搖櫓船信息科技有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T17/00;G06F17/11
• 代理公司: 重慶智慧之源知識產權代理事務所(普通合伙) 50234
• 代理人: 余洪

1.一種高精度線激光三維重建標定方法，包括以下步驟：

通過不同大小的階梯標準量塊和二維標靶，在線激光的全量程范圍內進行多高度標定，選取鄰近激光的角點作為求解域，采用張氏標定法，求解出相機的外參、內參和畸變系數，完成相機標定；

通過激光發射器發射激光至物體表面，并采用完成標定后的相機采集激光照射至物體表面的激光條紋原始圖像；

基于改良灰度重心和雅可比矩陣的中心線提取算法，對所述原始圖像進行中心線提取，獲取初始中心線點集，并采用基于隨機一致采樣算法的去噪算法，過濾所述初始中心線點集中的噪點，得到過濾噪點之后的中心線點集；

基于小孔成像原理和特殊正交群的性質，得到中心線點集中所有點在相機坐標系的坐標，結合最小二乘理論和隨機參數搜索方法，獲取最優光平面方程；

根據所述中心線點集、內參、外參、畸變系數和最優光平面方程，求解線性方程組得到物體表面輪廓點在相機坐標系的坐標并轉換到世界坐標系，得到物體表面輪廓的三維點云數據，完成三維重建。

2.根據權利要求1所述的一種高精度線激光三維重建標定方法，其特征在于，所述通過不同大小的階梯標準量塊和二維標靶，在線激光的全量程范圍內進行多高度標定，具體包括：

調整工作臺高度，使激光發射器的工作距離覆蓋全量程；

調整二維標靶的位姿，并保存調整好位姿后二維標靶的照片；

放置第一量塊，并將所述二維標靶放置在所述第一量塊上，調整好位姿后，保存照片，完成第一量塊高度的標定；

重復放置不同的標準量塊，直至完成全量程范圍內所有高度的標定。

3.根據權利要求2所述的一種高精度線激光三維重建標定方法，其特征在于，所述選取鄰近激光的角點作為求解域，采用張氏標定法，求解出相機的外參、內參和畸變系數，完成相機標定，具體包括：

選取鄰近激光的角點作為張氏標定法的求解域；

將非線性優化的無約束最小二乘問題添加特殊正交群的約束，轉化為有約束的最小二乘問題；

采用拉格朗日乘子法求解所述有約束的最小二乘問題，并使用LM算法得到內參矩陣、外參矩陣和畸變系數；

將所述外參矩陣中的旋轉矩陣從矩陣空間重新投影到SE3流形空間，得到最優旋轉矩陣，并根據所述最優旋轉矩陣得到相機的外參、內參和畸變系數，完成相機標定。

4.根據權利要求1所述的一種高精度線激光三維重建標定方法，其特征在于，所述基于改良灰度重心和雅可比矩陣的中心線提取算法，對所述原始圖像進行中心線提取，獲取初始中心線點集，具體包括：

對所述原始圖像采用最大池化進行16倍的下采樣；

對下采樣的圖像進行線掃描，獲取ROI區域；

對ROI區域進行圖像處理，計算y方向上的雅可比矩陣；

采用預先設定的高低閾值對所述雅可比矩陣進行判斷，選取候選中心點；

按y方向對所有候選中心點進行加權平均，權重為灰度值，得到最終中心點，根據所有最終中心點構成初始中心線點集。

5.根據權利要求1所述的一種高精度線激光三維重建標定方法，其特征在于，所述采用基于隨機一致采樣算法的去噪算法，過濾所述初始中心線點集中的噪點，得到過濾噪點之后的中心線點集，具體包括：

在所述初始中心線點集中隨機選擇兩點，計算得到過兩點的直線方程，記為標準直線；

基于所述標準直線，設置閾值T，所述閾值T表示點到標準直線的距離；

計算所述初始中心線點集中所有點到所述標準直線的距離，統計距離小于閾值T的點個數，記為n₁；

重復有放回的選取不同的兩個點，并計算初始中心線點集中點到標準直線的距離小于閾值T的點個數，得到n₁,n₂…n_k；

選取n₁,n₂…n_k中的最大值n_max＝max_i∈[1,k]{n_i}，將最大值對應的初始中心線點集中至所述標準直線距離小于閾值T的點認定為中心點，大于或等于閾值T的點認定為噪點，得到過濾噪點之后的中心線點集。