[发明专利]一种快速多线结构光视觉测量系统标定方法

权利要求书

1.一种快速多线结构光视觉测量系统的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分别标定首尾两个光平面，得到其光平面单位法向量和距离参数；

(2)利用步骤(1)得到首尾光平面的法向量计算两个光平面的旋转角和旋转向量；

(3)利用多线结构光等距平行且相交于一条直线的特征和步骤(2)计算的旋转角计算各相邻光平面之间的夹角；

(4)利用步骤(3)计算的各光平面之间夹角和步骤(2)计算的旋转向量构造各光平面之间的旋转矩阵；

(5)根据步骤(4)得到的旋转矩阵和第一个光平面的单位法线向量，计算中间各光平面的单位法向量；

(6)利用步骤(1)得到的首尾光平面方程，首先计算各光平面的共有交线，并采样多个点，然后分别计算中间各光平面方程的距离参数。

2.根据权利要求1所述的一种快速多线结构光视觉测量系统的标定方法，其特征在于，视觉测量系统标定包括相机参数标定和多线结构光平面标定，相机投影测量模型为：

其中：s为常比例系数，(u,v)为目标与对应结构光平面交线上点的图像坐标，K为投影矩阵，fx和fy分别为相机在x、y方向焦距参数，Cx和Cy为成像主点，[x_c,y_c,z_c]^T是相机坐标系下的点的三维坐标；

多线结构光平面模型为：

其中：2N+1是光平面的个数，[n_i,x,n_i,y,n_i,z]^T表示第i个光平面的单位法向量，[x_c,y_c,z_c]^T是相机坐标系下的点的光平面上的任何三维坐标，|d_i|是相机坐标原点到激光平面的垂直距离。

3.根据权利要求2所述的一种快速多线结构光视觉测量系统的标定方法，其特征在于，所述步骤(1)中首尾单结构光平面基于相机投影矩阵和单应矩阵进行快速标定，单应矩阵根据标靶的上所有特征点和对应的图像像素坐标由下式确定：

其中，H为单应矩阵，[u,v]^T为投影坐标，[x_w,y_w]^T为标靶平面上对应世界坐标；根据单应矩阵后，可求出光平面与平面标靶交线上的任何像素对应的世界坐标，那么相机坐标系下的特征点三维坐标为：

4.根据权利要求3所述的一种快速多线结构光视觉测量系统的标定方法，其特征在于，在首尾单结构光平面标定操作中，各移动平面标靶两次，分别求取两条直线上像素点对应的三维坐标，利用最小二乘拟合得到首尾两个光平面方程：

n_1,xx+n_1,yy+n_1,zz＝d₁

n_2N+1,xx+n_2N+1,yy+n_2N+1,zz＝d_2N+1

其中：[n_1,x,n_1,y,n_1,z]^T和[n_2N+1,x,n_2N+1,y,n_2N+1,z]^T为首尾光平面的单位法向量，|d₁|和|d_2N+1|分别为相机坐标系原点到首尾两个光平面的距离。