[发明专利]一种基于支持向量机的线结构光视觉传感器标定方法

说明书

技术领域

本发明属于结构光视觉测量技术应用领域，具体地说是一种基于支持向量机的线结构光视觉传感器标定方法。

背景技术

线结构光视觉测量技术具有测量精度高、实时性好、抗干扰能力强等特点，在工业测量、三维重建、逆向工程等领域有着广泛的应用。

线结构光传感器的标定方法主要包括传统标定方法和直接标定方法。传统标定方法即有模型标定方法，该方法基于摄像机的针孔成像理论建立结构光三维视觉检测数学模型，标定摄像机的内外参数以及光平面与摄像机的位置关系。目前应用的有模型标定方法主要有靶标标定法、微分法、消隐点法、机械调整法、细丝散射法、交比不变法等。有模型标定方法为了提高标定精度，相应的模型也会越复杂，计算量也很大，还存在着提取特征点数量少，靶标精度不高，应用领域受制约等缺点。

发明内容

针对现有技术中结构光传感器标定方法模型复杂、计算量也很大等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种简单快速、精度高的基于支持向量机的线结构光视觉传感器标定方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种基于支持向量机的线结构光视觉传感器标定方法，包括以下步骤：

1)建立由高精度标定板和利用五维精密位移台组成的靶标；

2)线结构光视觉传感器中的激光器投射结构光光平面至靶标上产生结构光光纹与靶标上的条纹相交，产生一条或多条结构光条纹，形成靶标上的特征点；

3)在靶标上建立空间坐标系OXYZ，通过靶标上的条纹尺寸和五维精密平移台的刻度值，获取靶标上特征点的空间坐标系坐标(x,y,z)；

4)由线结构光视觉传感器中的摄像机采集包括靶标条纹和结构光光纹的图像，对图像经数字图象处理后提取特征点，进而得到特征点的图像坐标(u,v)；

5)基于支持向量机建立每个结构光光平面上的特征点的图像坐标和三维空间坐标的映射关系；

6)对线结构光视觉传感器进行标定，依据传感器对实物测量到的待标定点的图像坐标(u,v)，输入映射模型得到该点的空间坐标系坐标(y,z)，实现对线结构光视觉传感器的直接标定。

步骤1)中建立由高精度标定板和利用五维精密位移台组成的靶标为：

选择刻印有高精度等间隔条纹线的平板作为标定板，条纹线宽度和间隔宽度的尺寸已知，标定板的长度和宽度由摄像机的视场大小决定，将条纹所在面作为被测面；

将标定板安装在五维精密位移台上，通过五维精密平移台的角度调节来调整标定板，使标定板条纹所在的被测面垂直于五维精密位移台的竖直移动方向，使条纹所在方向平行于五维精密位移台的一个水平移动方向，固定安装，组成标定靶标。

步骤2)中线结构光视觉传感器中激光器投射结构光光平面至靶标上产生一条结构光光纹与靶标上的条纹相交，形成靶标上的特征点，具体为：

将线结构光视觉传感器中的激光器发射的结构光光平面投射在靶标被测面上形成结构光光纹，结构光光纹与靶标上的条纹垂直相交，结构光光纹和条纹两个边缘的交点，即为靶标上的特征点。

步骤3)中在靶标上建立空间坐标系OXYZ，其包括如下过程：

定义光平面有效区间内的最远端，即距离传感器最远位置处，该位置的结构光光纹与靶标边缘的条纹的外边缘相交的交点为坐标原点O；

定义空间坐标系的三个坐标轴：垂直于被测面且平行于五自由度精密平移台的竖直移动方向定义为Z轴方向；被测面上量块的长度方向定义为X轴方向，与X轴在同一平面且垂直于X轴方向定义为Y轴方向。

步骤3)中通过靶标上的条纹尺寸和五维精密平移台的刻度值，获取靶标上特征点的空间坐标系坐标(x,y,z)为：

标定靶标为高精度等间隔条纹线，条纹宽度尺寸和条纹间隔尺寸已知，依据靶标上建立的空间坐标系，空间三维坐标Y轴坐标通过特征点和坐标零点位置关系计算获取；

空间三维坐标X轴、Z轴坐标通过五自由度精密位移台3的X轴、Z轴刻度信息获取，最终得到特征点的空间三维坐标(x,y,z)。

步骤4)中由线结构光视觉传感器中摄像机采集包括靶标条纹和结构光光纹的图像为：

41)在光平面(10)同一Z轴位置采集图像，经数字图象处理后提取n组特征点，得到n组特征点的图像坐标(u,v)；依据五自由度精密平移台的读数值和空间坐标系的原点位置，得到靶标上特征点的空间坐标系坐标(x,y,z)；记录该被测面上结构光光纹(6)上的所有靶标上的特征点(4)的图像坐标(u,v)和空间坐标系坐标(y,z)；