[发明专利]一种基于结构约束的多线结构光系统条纹中心线提取方法

说明书

本发明涉及一种基于结构约束的多线结构光系统条纹中心线提取方法，属于图像处理领域。包括：(1)相机标定，得到相机的内外参数；(2)对CCD工业相机采集到的图片进行滤波处理及边缘提取，得到条纹的像素宽度，粗提取条纹的像素中心线；(3)对于步骤(1)中获得的相机内外参数和步骤(2)中得到的条纹像素宽度，计算条纹的世界坐标宽度和激光器照射到物体上的光斑中心的世界坐标，然后计算激光器发射的光平面交点的世界坐标；(4)得到系统空间结构约束中的中心线偏移量e，并求偏移系数k；(5)求得条纹中心线的图像坐标，并转化为三维坐标用于误差检测。本发明适用于投射发散型多线激光条纹的三维视觉测量系统的中心线条纹的提取。

技术领域

本发明涉及一种基于结构约束的多线结构光系统条纹中心线提取方法，属于图像处理领域。

背景技术

光条图像中心点的提取是结构光视觉测量中的一项关键的技术，因其由相机采集到的光条图像中包含了被测物体的表面三维轮廓信息，是物体表面三维重构的基础。三维视觉系统利用非接触式的光学成像技术识别待测物体的空间位置和外形，待测物体的三维信息在计算机中被数字化，三维视觉系统利用这些数字化的三维信息做出相应的判断，从而有效避免了由于二维机器视觉受到外在因素影响到检测的可能性。

在一个基于激光的三维测量系统中，激光器投射出的线激光是一层具有厚度并且向外发散的三角平面，当与物体接触时，在物体表面上形成有一定宽度的光条纹图像，而此时的光条纹需要细化才能读取到其中有效的信息，所以需要对这些具有一定宽度的光条图像进行中心点提取。

目前，国内外最常用的线结构光中心线提取方法有几何重心法、阈值法、灰度重心法和Steger法等。几何重心法和阈值法都是利用光条图像在其法线方向上的灰度分布呈高斯分布的曲线特征，通过先检测光条图像的边缘，再取其中间点作为该法线方向上的中心点，用上述方法遍历整个光条，则可获得光条中心线。这两种方法处理速度快，但精度较低、对噪声敏感。灰度重心法是将光条法线方向上指定宽度区域的灰度重心作为该横截面上的光条中心点；这种方法在处理有噪声干扰或者光带亮度不集中等问题时，提取精度会明显下降。基于Hessian矩阵的Steger法是对光条横截面上的灰度分布利用泰勒级数展开式来求极值，该方法精度高，但运算量大，运行速度慢，在实时性要求高的系统中不适用。

在现场进行相机拍照时，环境因素会大大降低光条纹提取的精度，现有的线结构光中心线提取的方法存在误差大，易受噪声干扰的问题，不能用于复杂情况的中心线提取。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于结构约束的多线结构光系统条纹中心线提取方法，在环境干扰大的现场依然能提取精度较高的中心线，由此解决现有技术不能应用于复杂环境的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于结构约束的多线结构光系统条纹中心线提取方法，包括以下步骤：

步骤1、相机标定，得到相机的内外参数；

步骤2、对CCD工业相机采集到的图片进行滤波处理，并进行边缘提取，得到条纹的像素宽度，并且粗提取条纹的像素中心线；

步骤3、对于步骤1中获得的相机内外参数和步骤2中得到的条纹像素宽度，计算出条纹的世界坐标宽度，激光器发射的光平面交点的世界坐标和激光器照射到物体上的光斑中心的世界坐标；

步骤4、对于步骤2中得到的条纹像素宽度和步骤3中得到的激光器发射的光平面交点的世界坐标，激光器照射到物体上的光斑中心的世界坐标，加上高斯分布特性，得到系统空间结构约束中的中心线偏移量e，并求得偏移系数k；

步骤5、对于步骤2中得到的条纹像素宽度和步骤4中获取的偏移系数k，当激光线照射到物体上时，同样求得物体表面线结构光中心线的位置。

具体地，所述的一种基于结构约束的多线结构光系统条纹中心线提取方法，其所述步骤1具体包括以下步骤：