[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

本發明提供一種高精度線激光三維重建標定方法，包括：通過階梯標準量塊和二維標靶進行多高度標定，選取鄰近激光的角點，采用張氏標定法進行求解，完成相機標定；發射激光至物體表面，并采用標定后的相機采集對應的原始圖像；基于改良灰度重心和雅可比矩陣的中心線提取算法，獲取初始中心線點集，并采用去噪算法對點集進行去噪，得到過濾噪點后的中心線點集；基于小孔成像原理和特殊正交群的約束，結合最小二乘和隨機參數搜索方法，獲取最優光平面方程；根據中心線點集、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輪廓的三維點云數據，完成三維重建。本發明提升了線激光三維重建的精度，簡化了標定過程，降低了標定成本。

技術領域

本發明涉及三維重建技術領域，尤其涉及一種高精度線激光三維重建標定方法。

背景技術

基于線激光的三維重建技術，主要是通過向物體表面投射激光，激光由于物體表面深度的變化以及可能的間隙而受到調制，表現在圖像中則是光條發生了變化和不連續，變化的程度與深度成正比，不連續則顯示出了物體表面的物理間隙。通過數學模型重建此調制過程，從而根據激光平面和物體外表面交線的二維激光條紋圖像獲得其三維坐標。由于其重建速度快、結構簡單、精度高、抗干擾能力強的優點，被廣泛應用于汽車生產、電子制造等各個領域中的產品尺寸檢測、焊縫跟蹤、工件輪廓測量、機器人軌跡引導等諸多場景中。基于線激光的三維重建技術主要包括相機標定、激光條紋中心線提取、激光平面標定等部分，其中，激光條紋中心線提取有灰度重心法、基于Hessian矩陣的steger算法等眾多成熟解決方案，而相機標定主要使用二維標靶的張氏標定法及其改良方法來完成。

激光平面標定方法是整個基于線激光的三維重建技術中的重中之重，直接影響到三維重建算法的精度，國內外學者進行了深入研究，提出了如利用精密機械結構的運動解決了控制點提取和光平面標定問題的拉絲法和齒型法，無需特制標定靶物，利用機器人自身的高精度運動構建附加約束，完成光平面標定的自標定方法，利用已知等距平行線求取平面消隱線的原理完成光平面標定的平行線靶標法，以及基于交比不變定理的三維標靶法。但是，現有技術中的標定方法，存在重建精度較低、標定過程復雜和標定成本高的問題。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種高精度線激光三維重建標定方法。

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，得到物體表面輪廓點的三維點云數據，完成三維重建。

在其中一個實施例中，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。