[发明专利]一种激光与相机相对位姿关系的标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉与图像处理领域，具体涉及一种激光与相机相对位姿关系的标定方法，通过使用相机标定技术测量激光与相机坐标系的相对位姿关系。

背景技术

在复杂的场景中使用相机准确测量目标的大小、位置在工业测量中有着重要的应用，而通过在相机上固定激光发射装置，然后提取激光点在图像中的坐标，可以提供目标物体的附加信息，使视觉测量更易实现。在已知激光发射装置与相机相对位姿的前提下，我们可以更加有效的测量目标与相机间的三维位置关系。本发明新需要提出一种测量激光与相机坐标系之间的位置关系的方法，包括激光与相机坐标系各平面之间的夹角和交点坐标。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种激光与相机相对位姿关系的标定方法，在已知激光与相机的相对位置信息的前提下，通过提取激光点在图像中的像素点坐标，通过计算机视觉的方法完成对目标位置、目标大小等的测量，操作简单，结果精确。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一、将相机和激光器固定在一起，并保证它们的相对位置以及相机的内部参数不发生改变；定义相机坐标系O_C、世界坐标系O_W；对相机的内部参数进行标定，得到相机的内部参数矩阵其中(f_x,f_y)为相机的等效焦距，(u₀,v₀)为相机光心坐标；

步骤二、取标定板并正对于激光器发射出的激光束，打开激光，移动标定板，并始终使激光束的中心打在标定板上，用相机采集标定板的图像；建立图像坐标系，首先获得激光点在图像坐标系下的坐标D_i，之后通过相机成像模型求得激光点此时在相机坐标系下的坐标P_c1；然后将标定板由近及远放置在不同的位置下，重复上述步骤，按上述方法依次计算出激光点在各个距离位置下的坐标，记为

步骤三、由各位置下激光点坐标拟合出激光束在相机坐标系下的直线方程：

其中，[x₀,y₀,z₀]为激光束直线上一点的坐标，[m₀,n₀,p₀]为激光束直线的方向向量；

由激光束在相机坐标系下的直线方程，即求得激光束与相机坐标系XOY平面、YOZ平面、XOZ平面的夹角及交点；结果如下：

通过上式计算，完成激光束与相机坐标系夹角及交点的测量。

所述的标定板采用黑白格标定板，黑白格标定板的黑白方格数为11*10，边长为12mm。

固定相机不动，将标定板由近及远放在距离相机300mm、600mm、700mm、900mm、1100mm、1300mm处，将激光束照射在标定板上，使相机采集到的图像含有完整的标定板。

相机采集标定板的图像时，记录相机采集到的各距离下图像上激光点在图像坐标系下的坐标由和相机的内部参数矩阵A计算出各个距离激光点的归一化坐标则各距离下通过相机光心与激光点的直线方程为由采集到的标定板图像计算标定板与相机之间的内部参数，计算出标定板平面在各个位置时的平面方程

所述平面方程的计算过程推导如下：在已知标定板方格边长的前提下，得到标定板上各方格顶点在世界坐标系下的坐标其中为第i₂个顶点的世界坐标系坐标；并用标定工具计算出此时标定板相对于相机的外部参数[R_c T_c]，其中，R_c、T_c分别为标定板处世界坐标系相对于相机坐标系点的旋转矩阵与平移向量；若标定板上各方格顶点在相机坐标系下的坐标记为为第i₂个顶点的相机坐标系坐标，则P_Cb＝R_c*P_Wb+T_c，式中相同符号的定义如上所述；由P_Cb拟合出第i₁个位置下标定板平面在相机坐标系下的平面方程为：

根据各个距离下，通过相机光心与激光点的直线方程以及标定板的平面方程求得各个位置下的激光点三维坐标，记为其中：