[发明专利]一种基于锯齿靶标的线结构光视觉传感器标定方法

说明书

本发明公开一种基于锯齿靶标的线结构光视觉传感器标定方法，包括：在摄像机不带滤光片的情况下，对线结构光视觉传感器中的摄像机进行标定；在摄像机镜头前装好滤光片，摄像机拍摄带有光条的锯齿靶标图像，获取光条与靶标齿形边缘交点的图像坐标，即为特征点图像坐标，基于交比不变性求解特征点在摄像机坐标系下的三维坐标；考虑滤光片折射模型，通过非线性优化方法解出滤光片参数及优化后的摄像机坐标系下的特征点三维坐标；将靶标移动两次以上，获取靶标所有位置特征点在摄像机坐标下的三维坐标，拟合这些三维坐标点求解光平面方程，完成标定；本发明适合在现场复杂光线环境，甚至在摄像机带有滤光片情况下完成线结构视觉传感器标定。

技术领域

本发明涉及传感器标定的技术领域，具体涉及一种基于锯齿靶标的线结构光视觉传感器标定方法。

背景技术

结构光三维视觉测量在工业环境中可以实现大量程、非接触、快速、高精度测量，因此得到广泛的应用。线结构光法和光栅结构光法是由激光器和摄像机组成视觉传感器，可以用于测量复杂环境下的物体三维形貌。

线结构光视觉传感器标定过程包括摄像机内部参数标定和光平面参数标定。其中关于摄像机内部参数标定这方面的研究很多，因此重点讨论光平面参数标定过程。关于光平面参数的标定方法有许多方法。如Dewar的“拉丝法”，配合双经纬测量在细丝上光点的三维坐标，再通过拟合多个光点确定光平面方程。现在标定方法多采用自由移动的三维、二维、一维或球靶标完成光平面标定。其中，采用三维靶标的标定方法，通过靶标上已知精确坐标的至少三个共线点，利用交比不变性获得结构光光条与该已知三点所在直线的交点的坐标，从而获得较高精度的光平面标定点；采用平面靶标的标定方法，可以通过交比不变性获得平面靶标上的光平面标定点，经过多次移动平面靶标获得大量光平面标定点，通过拟合光平面标定点获得光平面方程；采用一维靶标的标定方法，通过一维靶标特征点之间的距离约束求解出光平面与一维靶标交点的三维坐标，经过拟合多个交点的三维坐标求解光平面方程；采用双圆柱靶标的标定方法，通过光条在圆柱上的椭圆光条信息，求解出光平面方程。还有基于球靶标的标定方法，通过球轮廓信息和光条轮廓信息求解出光平面方程。

但是，现有主要的线结构光视觉传感器标定方法都需要结合靶标上特征点与光条图像信息来计算光平面方程。由于激光器功率比较强，很难同时将靶标上特征点和光条图像信息拍摄清晰，尤其在现场光线强弱不均等复杂光线环境下更难同时获得清晰图像。尤其是摄像机配有滤光片时，甚至无法拍摄到靶标的特征点图像。

发明内容

基于以上背景，本发明的主要目的在于提供一种基于锯齿靶标的线结构光视觉传感器标定方法，能够在现场复杂光线环境的情况下尤其是摄像机配有滤光片时实现快速高精度标定。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于锯齿靶标的线结构光视觉传感器标定方法，该方法包括：

a、在摄像机不带滤光片的情况下，对线结构光视觉传感器中的摄像机进行标定；

b、在摄像机镜头前装好滤光片，摄像机拍摄带有光条的锯齿靶标图像，获取光条与靶标齿形边缘的交点的图像坐标，即为特征点图像坐标，基于交比不变性求解特征点在摄像机坐标系下的三维坐标；

c、考虑滤光片折射模型，通过非线性优化方法解出滤光片参数及优化后的摄像机坐标系下的特征点三维坐标。

d、将靶标移动两次以上，获取靶标所有位置特征点在摄像机坐标下的三维坐标，拟合这些三维坐标点求解光平面方程。

步骤a中在摄像机不带滤光片的情况下，对线结构光视觉传感器中的摄像机进行标定，采用张正友方法标定摄像机内部参数及镜头二阶径向畸变系数

步骤b中光条与靶标齿形边缘的交点的图像坐标步骤如下：

(1)提取拍摄光条图像中所有光条中心的图像坐标，通过图像畸变校正方法，得到图像中所有光条中心的无畸变图像坐标；