[发明专利]一种基于双目视觉的旋转轴标定方法

说明书

本发明公开了一种基于双目视觉的旋转轴标定方法，涉及旋转测量技术领域，利用标定相机在转台正上方标定高精度旋转轴参数，根据双目相机的外参矩阵，把标定相机坐标系下的旋转轴参数转换到测量相机坐标系下，测量相机能够在任意位姿下，根据旋转轴参数重建物体的三维形貌。

技术领域

本发明涉及旋转测量技术领域，特别涉及一种基于双目视觉的旋转轴标定方法。

背景技术

近年来，结构光三维成像技术得到迅速发展。旋转测量技术已在军事、工业、医学诊断等领域有着广泛的应用，而旋转测量过程中都需要标定旋转轴参数。

结构光系统一次只能测得物体的一个侧面，为了获得物体完整的空间几何和表面纹理信息，通常需要从物体的不同角度进行测量，从而产生了旋转扫描方式。对于旋转类零件的测量，利用附加的高精度旋转平台来旋转零件，便可以获取完整的表面信息。不同角度测量时的坐标系不同，需要将各角度测得的数据进行必要的坐标转换，将数据统一在同一坐标系中实现最终的三维点云拼接。

在进行旋转轴标定时，现有的标定方法为：标定板或者粘贴标志点跟随转台旋转，相机根据特征点的坐标解算旋转轴参数。如果采用一个相机完成测量，相机既要高精度标定旋转轴参数，又要采集物体三维轮廓重建所需的大量照片，相机的设定角度及位姿极大地限制了旋转轴参数测量及重建形貌的效果，例如可能会造成物体顶部、凹陷处点云数据的缺失，影响逆向工程实施和测量结果分析。旋转平台转轴标定参数的精度会严重影响物体表面测量精度，对保证旋转扫描工件质量非常重要。

针对此现象，本申请提供一种基于双目视觉的旋转轴标定方法，利用标定相机在转台正上方标定高精度旋转轴参数，根据双目相机的外参矩阵，把标定相机坐标系下的旋转轴参数转换到测量相机坐标系下，测量相机能够在任意位姿下，根据旋转轴参数重建物体的三维形貌。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双目视觉的旋转轴标定方法，利用标定相机在转台正上方标定高精度旋转轴参数，根据双目相机的外参矩阵，把标定相机坐标系下的旋转轴参数转换到测量相机坐标系下，测量相机能够在任意位姿下，根据旋转轴参数重建物体的三维形貌。

本发明提供了一种基于双目视觉的旋转轴标定方法，包括以下步骤：

S1：将棋盘格标定板倾斜固定在旋转台的顶部，并将标定相机设置在旋转台的上方，将测量相机和线激光器设置在旋转台的侧方；

S2：转动所述旋转台，利用所述标定相机和测量相机拍摄若干张所述棋盘格标定板不同姿态的图像；

S3：利用MATLAB软件单目标定箱对所述标定相机和测量相机进行单目标定，得到所述标定相机和测量相机的内参和外参；

S4：计算出任意角度下所述棋盘格标定板上特征点在标定相机坐标系中的三维坐标；

S5：对任一特征点的轨迹圆进行圆心拟合，在轨迹圆每间隔120°的位置进行取点，然后进行圆拟合，利用三点外接圆方法求取圆心坐标；

S6：对若干个外接圆圆心坐标求取均值，得到该特征点的轨迹圆圆心坐标；

S7：通过所有的轨迹圆圆心坐标，利用最小二乘法得出拟合旋转轴的直线参数；

S8：计算所有轨迹圆圆心到拟合直线的距离，借此剔除异常点后重新拟合直线方程，作为旋转轴直线的参数；

S9：利用MATLAB双目标定工具箱标定标定相机和测量相机的外参矩阵(R,T)，任意选取所述标定相机坐标系中旋转轴直线上的两个点，根据公式P_c＝RP_l+T计算上述两点在所述测量相机坐标系中的三维坐标，根据转换后的两点坐标，标准化得到转轴的方向向量(m,n,k)和转轴中心(t_x,t_y,t_z)，完成旋转轴参数的标定；