[发明专利]一种基于方向向量的线结构光平面快速标定方法

权利要求书

1.一种基于方向向量的线结构光平面快速标定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：结构光平面的缴光条纹与靶标表面相交，靶标呈台阶形，分为上表面S及下表面S′，每个平面上有三条相互平行的直线及一条斜线，所述斜线分别为L₃、L₃′，直线L₁、L₂、L₃、L₄位于平面S上，直线L₁′、L₂′、L₃′、L₄′位于平面S′上，缴光条纹分别与靶标上表面S的直线L₁、L₂、L₃、L₄交于点A、B、C、D，下表面S′的直线L₁′、L₂′、L₃′、L₄′交于及点A′、B′、C′、D′；

步骤2：拍摄靶标表面的图像，获取带有激光条纹的靶标图像；

步骤3：分别从靶标图像中获取点A、B、C、D对应的激光条纹中点a、b、c、d像素坐标系下的坐标，点A′、B′、C′、D′对应的激光条纹中点a′、b′、c′、d′像素坐标系下的坐标；

步骤4：将点a、b、c、d像素坐标系下坐标和点a′、b′、c′、d′像素坐标系下坐标均转换到图像坐标系下坐标；

步骤5：在靶标平面上以O_t为原点定义世界坐标系，以L₁方向为X轴，Z轴与X-Y平面垂直，过点C做一条平行于X轴的直线，则设四条直线与Y轴的交点分别为A_y、B_y、C_y、D_y，且A_y、B_y、C_y、D_y的Y坐标分别为y_a、y_b、y_c、y_d；在靶标平面上以O_t为原点定义世界坐标系，以L₁′方向为X轴，Z轴与X-Y平面垂直，过点C′做一条平行于X轴的直线，则设四条直线与Y轴的交点分别为A_y′、B_y′、C_y′、D_y′，且A_y′、B_y′、C_y′、D_y′的Y坐标分别为y_a′、y_b′、y_c′、y_d′；

步骤6：根据不变交比r(A，B，C，D)＝r(a，b，c，d)，由于点a、b、c、d图像坐标系下坐标已知，可得r(a，b，c，d)；由于y_a、y_b、y_d的值已经由靶标上的平行线L₁、L₂、L₄间隔位置确定，根据r(A，B，C，D)可得y_c的值；同理，可得y_c′的值；

步骤7：将点a、b、c、d图像坐标系下坐标和点a′、b′、c′、d′图像坐标系下坐标分别转换为相机坐标系下的坐标(x_i，y_i，f)，i＝a，b，c，d和坐标(x_i′，y_i′，f)，i＝a′，b′，c′，d′；

步骤8：以相机坐标系O_c为原点，建立已知的四点a、b、c、d的方向向量由于这四个向量位于同一平面内，在平面上以为X轴方向建立平面直角坐标系，原点O与相机坐标系原点O_c重合；根据方向向量点A、B、C、D对应的y_a、y_b、y_c、y_d，求得点A、B、C、D在相机坐标系下的三维坐标值X_A′、X_B′、X_C′、X_D′；同理，根据方向向量占A′、B′、C′、D′对应的y_a′、y_b′、y_c′、y_d′，求得点A′、B′、C′、D′在相机坐标系下的三维坐标值X_A″、X_B″、X_C″、X_D″；

步骤9：从A、B、C、D、A′、B′、C′、D′的8个点中，选择非共线的三点的相机坐标系下的三维坐标值对结构光平面方程进行标定，即可获得标定系数。