[发明专利]基于单应性矩阵的平行多线激光测量系统及测量方法

说明书

本发明提供一种基于单应性矩阵的平行多线激光测量系统及测量方法，该方法主要包括：通过平面靶标对相机系统进行标定，得到相机内外参数。通过立体靶标对激光测量系统进行标定，由于激光平面和左右相机平面位置相对固定的特性，从而可以通过激光平面诱导出双目相机左右图像平面之间的单应性关系，得到激光系统标定参数。通过激光测量系统标定参数将左图像待匹配激光线映射到右图像，得到多条映射激光线。通过计算映射激光线的重合度，取最大重合度所对应的映射激光线作为待匹配激光线的对应激光线，从而实现左右图像中激光线的正确匹配。根据上述正确匹配的激光线，通过双目立体视觉测量原理即可重建出激光线三维数据，得到物体表面三维信息。

技术领域

本发明涉及激光三维测量技术领域，具体说是一种基于单应性矩阵的平行多线激光测量方法。

背景技术

结构光三维视觉测量技术，是三维数字化领域最常用的一种现代化技术手段，以其非接触、扫描速度快，获取信息量大，精度高，实时性强等优点，克服传统测量仪器的局限性，成为直接获取目标高精度三维数据的重要手段。它极大地降低了测量成本，节约时间，使用方便，而且应用范围广，在工程测量、变形监测，文物保护、森林和农业，医学研究，战场仿真等领域都有很大的发展空间。

目前常用的激光模式有点激光、线激光、多线激光以及网格结构光模式。点激光模式下，激光投射器发出的光束在物体表面产生一个光点，光点经摄像机的镜头在摄像机的像平面上形成一个二维像点。摄像机的实现和光束线在空间中与光点处相交，形成一种简单的三角几何关系。通过一定的标定可以得到这种三角几何约束关系，并有其可以确定光点在某一已知世界坐标系的空间位置。点激光模式满足在线测量中快速、实现的要求，但是其每次只能获取物体表面一个点的信息，获取信息量小，难以满足复杂情况下三维测量要求。线激光模式投射的是一条激光线，与物体相交形成一条光条。该光条由于物体表面深度的变化以及可能的间隙而受到调制，通过对激光系统进行标定，可以从线激光中获取物体表面三维信息，线激光扫描相比于点激光信息量有所增加，但是其扫描过程需要来回移动多次才能完善数据，而且其精度低，累计误差大，难以满足大型物体的三维测量。多线激光模式是线激光模式的扩展，可以一次投射多条激光线，大大加快了扫描速度，而且由于其不需要来回移动，减少了累计误差，提高了测量精度。但是对于多线激光模式，由于采集的图像中存在多条激光线，难以采用一般的约束进行对应点的匹配，在匹配过程中会出现激光线匹配的歧义性问题，即对于一幅图像中的待匹配激光线，在另一幅图中难以找到其对应的激光线。

发明内容

为了解决多线激光扫描测量过程中的激光线匹配歧义性问题，本发明提供了一种基于单应性矩阵的平行多线激光测量方法，能有效的计算出待匹配激光线的匹配激光线，从而根据双目视差原理对激光线进行三维重建。

本发明提供一种基于单应性矩阵的平行多线激光测量系统，所述测量系统包括至少两台工业相机、激光投射器、待测物体和与工业相机对应的相机滤光片；其中，所述工业相机安装于待测物体周围，所述激光投射器与工业相机位于所述待测物体的同一侧，所述激光投射器投射的激光线方向和所述工业相机光心连线方向成角度，所述工业相机和激光投射器之间的相对位置关系固定。

进一步的，所述工业相机的数量为两台，两台工业相机分别位于所述激光投射器的两侧。

本发明还提供基于单应性矩阵的平行多线激光测量系统的激光测量方法，所述测量方法首先采用激光投射器投射多条平行激光线与待测物体相交，所述激光线与激光投射器形成激光平面，工业相机用于采集图片；再对所述图像进行激光线细化，得到单像素宽激光线；最后通过单应性约束计算待匹配激光线的对应激光线，从而通过双目视差原理计算激光线三维数据，重建物体表面三维信息。

进一步的，所述方法采用两台工业相机，两台工业相机分别位于所述激光投射器的左右两侧。