[发明专利]一种网格结构光投射器标定方法

摘要

本发明涉及一种网格结构光投射器标定方法，包括步骤：1)构建网格结构光视觉测量系统；2)建立各个坐标系；3)获取步骤1中三个标定点A、P、B的像素坐标；4)求出三个标定点在辅助坐标系中的坐标并求出其位置向量长度；5)利用小孔成像原理求取三个标定点在摄像机坐标系下的坐标；6)重复以上步骤，获取多余两组标定点的摄像机坐标系下的坐标；7)利用最小二乘法对所有靶标坐标进行拟合得到结构光平面方程；8)重复以上步骤得到网格结构光投射器中所有光平面的标定。本发明的有益效果是：更好的将网格结构光视觉传感器获取的像点和三维看空间中物点之间的关系通过坐标系的建立展现出来。

主权项

1.一种网格结构光投射器标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建网格结构光视觉测量系统；将一个摄像机与一个网格结构光投射器以适当方式刚性连接到一起，打印距离已知的共线三点A、P和B组成的直线为靶标，线段AP和PB的长度分别为l₁和l₂；网格结构光投射器投射M个水平光平面和N个竖直光平面到三维空间内；设水平光平面在摄像机坐标系下方程为：式中，h表示水平光平面下标；a_h，b_h，c_h，d_h为水平光平面方程系数；m表示第m个水平光平面；M为水平光平面的总数；设竖直光平面在摄像机坐标系下方程为：式中，v表示竖直光平面下标；a_v，b_v，c_v，d_v为竖直光平面方程系数；n表示第n个竖直光平面；N为竖直光平面的总数；根据实际系统的搭建可知，投射出来的结构光平面不会过摄像机坐标系的原点，即有式(1)、(2)中和的常数，这里设和步骤2：建立各个坐标系；建立图像像素坐标系O_suv：以图像平面左上角为原点O_s，图像上边向右为u轴，表示像素所在列，图像左边向下为v轴，表示像素所在行；建立图像物理坐标系O_iX_iY_i：以图像平面中心为原点O_i，X_i轴平行于u轴，Y_i轴平行于v轴；建立摄像机坐标系O_cX_cY_cZ_c：以摄像机光线位置为原点O_c，X_c轴和Y_c轴分别平行于摄像机成像平面的u轴和v轴，Z_c轴由右手定则确定；由于所用靶标上的三个标定点A、P和B共线，且三个点A、P和B与摄像机的光心O_c不共线，所以三角形O_cAP和O_cAB共面；建立辅助坐标系O_cxy：在平面O_cABP上建立辅助坐标系O_cxy，其原点与摄像机坐标系原点O_c重合，x轴与O_cP重合，方向指向空间靶标，y轴过O_c逆时针方向垂直x轴；步骤3：获取步骤1中三个标定点A、P、B的像素坐标；步骤4：求出三个标定点在辅助坐标系中的坐标并求出其位置向量长度；步骤5：利用小孔成像原理求取三个标定点在摄像机坐标系下的坐标；标定点像a、p和b在设摄像机坐标系中与坐标原点的距离分别记为和根据摄像机小孔成像模型原理，利用标定点像a、p和b在成像平面物理坐标和求出靶标在位置1处标定点A、P和B在摄像机坐标系下坐标为和分别如下：步骤6:重复以上步骤，获取多余两组标定点的摄像机坐标系下的坐标；变换靶标位置n‑1次，每次使同一光平面经过该靶标，重复步骤3到步骤5的操作和计算，可以得到n组标定点A、P和B提供的共3n个标定点在摄像机坐标系下的坐标：步骤7：利用最小二乘法对所有靶标标定点坐标进行拟合得到结构光平面方程；根据步骤1中建立的结构光平面模型，设以其中一个竖直结构光平面i为例，将步骤6的3n个标定点带入平面方程，为：将其写成矩阵形式为：即式中，H是各标定点坐标组成的3n×3的矩阵；是光平面参数组成的列向量；利用最小二乘法求出光平面方程系数向量为：步骤8：重复以上步骤得到网格结构光投射器中所有光平面的标定；按照步骤3到步骤7操作获取所有光平面在摄像机坐标系下的方程即完成了整个网格结构光投射器中结构光平面的标定。