[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

说明书

本发明公开了一种基于方向向量的线结构光平面快速标定方法，拍摄靶标表面图像，提取带有激光条纹的靶标图像，对标靶图像进行处理，提取光斑条纹的中心线坐标，代入标定后数学模型即可解算目标物表面三维信息及相对位置关系。本发明提供的一种基于方向向量的线结构光平面快速标定方法，无需求解靶标与摄像机之间的位置关系，降低了求解的复杂性。标定过程中对于靶标摆放姿态也没有特殊要求，且标定过程中无需更换靶标的位置，避免了由于移动靶标引起的标定误差，减少了操作步骤，从而提升标定的精度和效率。

技术领域

本发明涉及一种基于方向向量的线结构光平面快速标定方法，属于非接触测量技术领域。

背景技术

海洋探测是人类海洋活动的关键技术，海洋探测获得信息的精确度和直观性极大的影响人类对海洋的认识和开发。目前海洋探测中主要依赖声学和光学两种探测方式，声学探测因其探测范围大、效率高等优点得到了广泛应用。然而，现有声学探测方法普遍具有成像质量差、对比度低、边缘模糊等缺陷，且容易受换能器波束旁瓣效应等影响，平台运动时与水流间的摩擦噪声及自身机械噪声也会对其产生干扰。目前针对声学探测的研究主要集中在提高水下目标的检测识别精度上，现有方法及研究仍不能有效够弥补声学探测精度较低的缺陷。随着海洋探测的要求不断提高，亟需更高效、精准的水下探测技术方法。

线结构光视觉探测系统不仅结构简单，而且测量精度高、成像结果直观性强，其在近距离精细化探测工况下极具优势。线结构光研究主要关注如何通过提高系统标定精度或激光中心线提取精度来提高测量精度。线结构光三维成像系统主要依靠激光发射器，高清摄像机两部分进行测量，因此系统标定主要包含两个方面：1.摄像机内外参数标定；2.结构光平面的标定。目前针对摄像机内外参数标定已有的张正友标定法成本较低、精度较高、灵活性强、适合用于摄像机的现场标定。

线结构光光平面的标定方法主要有细丝散射法、齿形靶标法、基于交比不变的方法、一步标定法等。细丝散射标定方法通过采集激光平面投射在几根不共面细丝上的亮点，并利用坐标仪器测出亮点在空间中的坐标值进行标定。该法需借助电子经纬仪等昂贵的设备，且标定点获取数量较少，过程较为复杂；齿形靶标法通过求解迭代方程并结合罚函数约束得到相应参数完成线结构光传感器的标定。但是该方法要求靶标与光平面呈一个特殊位置，且获得标定点较少，调整复杂，不适用于现场快速标定；基于交比不变原理的结构光平面标定方法精度较高能够适用于现场标定，但对于靶标的要求较高，一次获取的标定点数量较少；一步标定法其标定过程类似于一种黑箱模型，该方法需要通过索引表建立二维坐标与三维坐标之间的关系，十分繁琐。另外有学者提出一种共线点快速标定法，该方法利用共线特征点之间的关系求解标定点坐标，比较巧妙，但该方法需要通过不断变换靶标完成标定，过程较为复杂，效率不高，扫描结果误差较大。

因此，当下急需解决如何提高激光扫描系统的标定精度及系统标定效率。

发明内容

目的：为了克服现有技术中常见的结构光平面标定方法存在效率及精度较低等不足，本发明提供一种基于方向向量的线结构光平面快速标定方法，该方法无需求解靶标与摄像机之间的位置关系，降低了求解的复杂性。标定过程中对于靶标摆放姿态也没有特殊要求，且标定过程中无需更换靶标的位置，避免了由于移动靶标引起的标定误差，减少了操作步骤，从而提升标定的精度和效率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于方向向量的线结构光平面快速标定方法，其步骤如下：