[发明专利]基于一维靶标的结构光视觉传感器标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构光视觉测量技术，尤其涉及一种基于一维靶标的结构光视觉传感器标定方法。

背景技术

结构光视觉测量是基于光学的三角法测量原理。通过光学投射器(可以是激光投射器，也可以是投影仪)将一定模式的结构光投射于物体的表面，在表面形成由被测物体表面形状所调制的光条三维图像。该三维图像由处于另一位置的摄像机摄取，从而获得光条二维畸变图像。光条的畸变程度取决于光学投射器与摄像机之间的相对位置和物体表面形廓的高度。直观上，沿光条显示出的位移(或偏移)与物体的高度成比例，扭结表示了平面的变化，不连续显示了表面的物理间隙。当光学投射器与摄像机之间的相对位置一定时，由畸变的二维光条图像坐标便可重现物体表面的三维形廓。

结构光视觉测量具有大量程、大视场、较高精度、光条图像信息易于提取、实时性强及主动受控等特点，近年来在工业环境中得到了广泛的应用。结构光视觉传感器的参数主要包括摄像机的内部参数和线结构光视觉传感器的结构参数(主要是指在摄像机坐标系下的光平面方程，也称为摄像机的外部参数)。对结构光视觉传感器的标定包括对摄像机参数的标定和对结构参数的标定两个部分。

关于摄像机参数标定的方法主要有基于径向约束的Tsai方法(TSAI R Y，A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3D machine visionmetrology using off-the-shelf TV camera and lenses[J].IEEE Journal of Roboticsand Automation，1987，RA-3，(4)：323-344)和基于平面靶标的张方法(ZHANGZ Y，A flexible new technique for camera calibration[R].Microsoft Corporation，NSR-TR-98-71，1998)。

关于线结构光视觉传感器结构参数的标定方法，目前比较通用的标定方法是周富强等人提出的基于平面靶标自由移动的线结构光视觉传感器现场标定方法(F.Zhou，G.Zhang，Constructing feature points used for calibrating a structuredlight vision sensor by viewing a plane from unknown orientations[J]，Optics andLaser in Engineering(Chinese Issue)，2004)，该方法需要高精度二维平面靶标，存在靶标加工困难，成本高，且存在相互遮挡的问题。特别是在某些特殊的测量现场，可以摆放靶标的空间受到限制，要求有更加适合在受限空间可以进行结构光视觉传感器标定的方法。

故，出现了采用一维靶标对结构光视觉传感器进行标定的技术。例如，Z.Zhang在“Camera calibration with one-dimensional objects，IEEETransactionson Pattern Analysis and Machine Intelligence，2004，VOL.26，N0.7，892-899”中提出了一种基于一维靶标的摄像机标定方法，采用该标定方法进行摄像机标定时，需要固定一维靶标的一端，拍摄多幅一维靶标任意转动的图片进行标定，然而这一点在工程上难以精确地得以实现，操作繁琐且会影响标定精度。吴福朝等在“Camera calibration with moving one-dimensional objects.PattemRecognition，2005，38(5)，755-765”中提出了一种基于平面运动的一维靶标标定方法，但其中平面运动的实现依赖于运动平台的支持，即采用该标定方法进行摄像机标定需要辅助设备。王亮等在“基于一维标定物的多摄像机标定，自动化学报，第33卷，第3期，2007，225-231”中提出了一种利用做任意刚体运动的一维靶标进行摄像机标定的标定方法，但该标定方法只适用于标定多摄像机，而不能标定单摄像机。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于一维靶标的结构光视觉传感器标定方法，以提高标定的灵活性，且无需辅助设备。

为达到上述目的，本发明的提供了一种基于一维靶标的结构光视觉传感器标定方法，包括：

A、对摄像机内部参数进行标定；