[发明专利]一种线结构光标定装置及方法

说明书

本发明公开了一种线结构光标定装置及方法，方法包括如下步骤：（1）、利用张氏标定法标定相机的内参；（2）、利用PnP和非线性优化得到标定板平面在相机坐标系下的方程；（3）、利用RANSAC得出激光条纹在标定板上的二维方程；（4）、求出激光条纹在相机坐标系下的三维坐标；（5）、利用不同位姿下的激光条纹拟合得到光平面在相机坐标系下的方程。本发明的标定方法操作简单且精度较高，成像结果良好。适合在工业环境中进行实际运用。

技术领域

本发明涉及一种线结构光标定装置及方法，属于光电技术领域。

背景技术

近年来，线结构光凭借其非接触式测量以及精度高，装置简单的优点，在工件测量，立体视觉成像等各个领域均有运用。但是目前大部分的结构光标定方法步骤冗余，方法复杂，标定靶标制作精度要求较高，不适合在工业环境中进行实际现场测试。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提出一种线结构光标定装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一种线结构光标定装置，所述装置包括工作导轨、滚珠丝杠、步进电机、相机、线激光器、工作平台；

所述步进电机通过STM-32控制带动滚珠丝杠匀速转动，从而使得工作平台在工作导轨中水平运动；所述相机和线激光器设置在工作平台上，相机和线激光器以一个固定的位姿相对摆放，线结构光在标定板上产生条纹投影，相机捕捉产生的图片。

一种线结构光标定方法，利用上述的装置，包括如下步骤：

(1)、利用张氏标定法标定相机的内参；

(2)、利用PnP和非线性优化得到标定板平面在相机坐标系下的方程；

(3)、利用RANSAC得出激光条纹在标定板上的二维方程；

(4)、求出激光条纹在相机坐标系下的三维坐标；

(5)、利用不同位姿下的激光条纹拟合得到光平面在相机坐标系下的方程。

上述步骤(2)的标定板平面在相机坐标系下的方程的过程如下：

所用标定板的棋盘格尺寸已知，人为定义棋盘格的坐标轴，假设所有的点都在z＝0的平面上，假设某个角点的3D点为P(X,Y,Z)^T，它所对应的图片中的像素坐标为p＝[u,v]^T，

此时角点从人为规定的坐标系转到相机坐标系下的R和t是未知的,点P在相机坐标系下所对应的深度值为s，那么有如下关系：

一组对应的匹配点对，得到两个线性方程组，但是由于中间3×4的矩阵是 12维,那么可以通过至少6对配对点来求解，而对于超过6对的匹配点，使用SVD 等分解手段求一个最小二乘解；

但是对于利用PnP求出来的代数解，无法避免测量误差，通过非线性优化来得到更加精确的解；

其中x_i是第i个角点像素值的归一化坐标，K是相机内参，P_i是第i个角点在标定板坐标系下的三维坐标点。

上述步骤(3)的具体步骤如下：

激光中心线的提取，由于激光条纹是沿着图像的u轴分布的。假设在图像的每一列中，像素值最大的那个点就是激光条纹的中心线，近似得到激光条纹的中心线，然后对于每一个点，将其与附近的中心点进行联系来得到每个点的法向量，

其中A,B,C为激光条纹中心线上的点，B点的法向量通过如下的方法来得出: