[发明专利]一种快速多线结构光视觉测量系统标定方法

说明书

一种快速多线结构光视觉测量系统的标定方法，步骤如下：(1)分别标定首尾(第一个和最后一个)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。

技术领域

本发明涉及计算机视觉应用领域基于结构光的视觉测量系统的标定问题，特别涉及一种垂直投射于成像平面时其交线图像具有等距平行特性的线结构光视觉测量系统快速标定方法。

背景技术

线结构光测量是一种通过向目标表面投射线结构光平面，从而获得该平面于待测目标表面交线处点的三维坐标。在实际应用中，通过增加第三轴运动信息将交线轮廓拼接起来，能够检测复杂目标表面的三维曲面轮廓。多线结构光是单线结构光的拓广，避免增加第三维运动信息，可以一次获得目标表面的三维坐标，具有高速、高精度、抗干扰性强等优点，近年来得到了广泛的应用。常用多线结构光投射器由光源和刻有等距平行线的镜头组成，在垂直投射到平面标靶时其交线图像具有平行等距的特点(如图1所示)。目前市面上出现的多线结构光投射器可投射的线数从7线到81线之多(一般情况为奇数条)，但其标定过程一直沿用单线结构光的标定策略，即首先逐条检测、索引、估计每个光平面与标靶交线图像上的特征点，然后得到光平面方程，步骤繁琐，而且系统的最大标定精度取决于个别光平面的标定误差。

发明内容

基于上述问题，本发明针对常用多线结构光等距平行的特点，提出一种快速多线结构光视觉测量系统标定方法，无论多少个光平面，只需标定首尾(第一个和最后一个)两个光平面方程，就可推算出其它光平面的参数，整体精度取决于首尾光平面的标定精度，快捷、实用，具有很好的推广应用价值。

本发明的目标是通过以下技术方案实现的。

一种快速多线结构光视觉测量系统的标定方法，包括以下步骤：

(1)分别标定首尾(第一个和最后一个)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。

上述快速多线结构光视觉测量系统的标定方法，所述标定方法基于多线结构光视觉测量系统模型，其标定过程标定包括相机参数标定和光平面标定，相机模型为：

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：