[发明专利]基于空间平面约束的线结构光视觉传感器的快速标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种线结构光视觉测量系统，尤其涉及一种基于空间平面约束的线结构光 视觉传感器的快速标定方法。

背景技术

线结构光视觉测量技术是一种非接触的主动传感测量技术，具有结构简单、柔性好、 抗干扰性强、测量迅速，以及光条图像信息易于提取等优点。在高速视觉测量、工业检测、 逆向工程等领域有着重要的意义和广阔的应用前景。

线结构光视觉传感器的标定是线结构光视觉测量技术领域中的一项关键技术。目前， 主要常用的标定方法有：拉丝法和锯齿靶标法，采用这两种标定方法所获得的标定点，其 精度往往较低，且数量较少，限制了标定精度的提高。还有一种标定方法是基于靶标面的 机械调节法，该方法的实现需要精密移动台，其成本高，操作不方便，标定费时，通过该 方法尽管能够获得较高精度的标定点，但不适合现场标定。再有一种标定方法是利用交比 不变性提取结构光标定点的方法，该方法通过高精度的三维立体标定靶标可以获得高精度 的标定点，且适用于现场测量，但是对靶标的三维加工精度要求较高。因此，目前需要设 计出一套适用于现场标定，且操作简单，结果精确的线结构光视觉传感器快速标定方法。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于空间平面约束的线结构光视觉测量传感器的 标定方法，本发明标定方法使用二维平面靶标，可同步完成摄像机内部参数和光平面位置 参数的标定，并且不需任何辅助调整设备，从而简化了标定过程，提高了应用的便捷性， 同时可以满足现场标定的需要。

为了解决上述技术问题，本发明基于空间平面约束的线结构光视觉传感器的快速标定 方法予以实现的技术方案是：该方法包括：

步骤一、采集一组图像，包括：

将一二维平面靶标置于摄像机视场范围内，并采集一组该二维平面靶标不同位置的图 像；该组图像包括在靶标平面上有矩阵排列的m个特征圆，其相邻特征圆的圆心间距均 为D；在保证靶标和投射在靶标平面上的结构光光条都在摄像机视场和景深范围内的前提 下，自由、非平行或共面地摆放靶标n次以上，其中，n≤5，并采集图像，将采集到的图 像保存到计算机；

步骤二、确定靶标拓扑关系，包括：

将特征圆的圆心定义为标定特征点，上述矩阵排列的m个特征圆中的一特征圆的圆 心定义为世界坐标系的原点O_w，世界坐标系的坐标轴为O_wX_w轴和O_wY_w轴，其中，所述 O_wZ_w轴为靶标平面的法向量方向；在上述世界坐标系下，在水平和竖直相邻两个特征圆 圆心的距离dx和dy均为D，则与O_w(0，0，0)在O_wX_w轴方向上相邻和在O_wY_w轴方向上相 邻的特征圆圆心的世界坐标系坐标分别为(D，0，0)和(0，D，0)，以此类推，确定各标定 特征点的世界坐标系坐标，并保存到计算机；

步骤三、摄像机标定，包括：

(3-1)定义线结构光视觉测量模型，其中，(x_c，y_c，z_c)为光平面上P_c点在摄像机坐标 系下的三维坐标，(u，v)和(u_d，v_d)分别为理想像点P_u和实际像点P_d在计算机图像坐标系下 的像素坐标，P_c(x_c，y_c，z_c)与(u，v)的转换关系如下：