一種基于平行雙圓柱靶標的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器標定技術(shù)，具體涉及一種基于平行雙圓柱靶標的線結(jié)構(gòu)光視覺 傳感器標定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)光三維視覺測量以其大量程、非接觸、快速、較高精度等特點，近年來在工業(yè) 環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。線結(jié)構(gòu)光法和光柵結(jié)構(gòu)光法采用激光器和攝像機結(jié)合構(gòu)建三維 視覺傳感器，適合復(fù)雜環(huán)境的物體三維形貌測量。
[0003] 線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標定過程都包括攝像機內(nèi)部參數(shù)標定和光平面參數(shù)標定兩 個方面。關(guān)于攝像機內(nèi)部參數(shù)標定的文獻很多，因此重點討論光平面參數(shù)標定過程。關(guān)于 光平面參數(shù)的標定方法有許多方法。如Dewar的"拉絲法"，配合雙經(jīng)煒測量在細絲上光點 的三維坐標，在通過擬合多個光點確定光平面方程?，F(xiàn)在標定方法多采用自由移動的三維、 二維、一維或球靶標完成光平面標定。其中，采用三維靶標的標定方法，通過靶標上已知精 確坐標的至少三個共線點，利用交比不變性獲得結(jié)構(gòu)光光條與該已知三點所在直線的交點 的坐標，從而獲得較高精度的光平面標定點；采用平面靶標的標定方法，可以通過交比不變 性獲得平面靶標上的光平面標定點，經(jīng)過多次移動平面靶標獲得大量光平面標定點，通過 擬合光平面標定點獲得光平面方程；采用一維靶標的標定方法，通過一維靶標特征點之間 的距離約束求解出光平面與一維靶標交點的三維坐標，經(jīng)過擬合多個交點的三維坐標求解 光平面方程；還有基于球靶標的標定方法，通過球輪廓信息和光條輪廓信息求解出光平面 方程。
[0004] 但是，現(xiàn)有主要的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標定方法都需要結(jié)合靶標上特征點與光條 圖像信息來計算光平面方程。由于激光器功率比較強，很難同時將靶標上特征點和光條圖 像信息拍攝清晰，尤其在現(xiàn)場光線強弱不均等復(fù)雜光線環(huán)境下更難同時獲得清晰圖像。尤 其是攝像機配有濾光片時，甚至無法拍攝到靶標的特征點圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于平行雙圓柱靶標的線結(jié)構(gòu)光視覺 傳感器標定方法，能夠在現(xiàn)場復(fù)雜光線環(huán)境的情況下實現(xiàn)快速高精度標定。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 一種基于平行雙圓柱靶標的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標定方法，該方法包括：
[0008] a、對線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器中的攝像機進行標定，將平行雙圓柱靶標在合適位置擺 放1次，拍攝靶標上的激光光條圖像；提取光條圖像中心點，擬合圖像中光條的橢圓圖像；
[0009] b、基于透視投影變換建立兩個空間橢圓與其圖像之間對應(yīng)方程；以橢圓短軸與雙 圓柱靶標直徑相同為約束條件，求解光平面方程；
[0010] C、將靶標在合適位置擺放多次，通過非線性優(yōu)化方法得到光平面方程的最優(yōu)解。
[0011] 步驟a中提取光條圖像中心點，擬合光條圖像中光條的橢圓圖像的實現(xiàn)步驟如 下：
[0012] (1)提取拍攝光條圖像中所有光條中心的圖像坐標，通過圖像畸變校正方法，得到 圖像中所有光條中心的無畸變圖像坐標；
[0013] (2)利用兩條光條的無畸變圖像坐標，擬合光條的橢圓圖像。
[0014]步驟b中基于透視投影變換建立兩個空間橢圓與兩個橢圓圖像之間對應(yīng)方程具 體如下：
[0015] (1)由擬合橢圓圖像可以求得兩個橢圓圖像的參數(shù)矩陣；
[0016] (2)由雙圓柱靶標的幾何參數(shù)設(shè)定空間橢圓的參數(shù)矩陣；
[0017] (3)根據(jù)攝像機透視投影變換建立兩個橢圓圖像的參數(shù)矩陣和空間橢圓的參數(shù)矩 陣的關(guān)系。
[0018] 步驟b中以橢圓短軸與直徑相同為約束條件，求解光平面方程過程為：
[0019] (1)把橢圓短軸與直徑相同為約束條件代入步驟b中建立的兩個空間橢圓與圖像 橢圓之間的對應(yīng)方程；
[0020] (2)結(jié)合透視投影變換中旋轉(zhuǎn)矩陣的性質(zhì)求解出空間橢圓坐標系與圖像橢圓坐標 系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣及平移矢量；
[0021] (3)根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣及平移矢量求解光平面方程。
[0022] 步驟c中通過非線性優(yōu)化方法得到光平面方程的最優(yōu)解，采用 Levenberg-Marquardt非線性優(yōu)化方法求解旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量在最大似然準則下的最優(yōu) 解。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：本發(fā)明提出一種采用可以自由移動雙平行圓 柱靶標實現(xiàn)線結(jié)構(gòu)視覺傳感器標定的新方法，僅需將雙平行圓柱靶標擺放一次，通過光條 圖像信息實現(xiàn)線結(jié)構(gòu)視覺傳感器標定。該方法只需把靶標自由擺放一次，在不需要輔助設(shè) 備的條件下，僅依靠照射在靶標上的光條圖像信息，就可以實現(xiàn)線結(jié)構(gòu)視覺傳感器標定，適 合在現(xiàn)場復(fù)雜光線環(huán)境，甚至在攝像機帶有濾光片的情況下完成線結(jié)構(gòu)視覺傳感器標定。 由于圓柱靶標易于加工且可以達到高精度，同時因圓柱靶標的形狀特性，所以本發(fā)明尤其 適合在狹窄空間，或不同角度多個線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的現(xiàn)場快速高精度標定。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明基于平行雙圓柱靶標的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標定方法流程圖；
[0025] 圖2為線結(jié)構(gòu)光視覺傳感標定示意圖；
[0026] 圖3為實施例中線結(jié)構(gòu)光視覺傳感標定實物圖；
[0027] 圖4為線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的攝像機拍攝的靶標圖像。
【具體實施方式】
[0028] 本發(fā)明的基本思想是：基于透視投影變換建立兩個空間橢圓與其圖像之間對應(yīng)方 程，以橢圓短軸與圓柱直徑相同為約束條件，求解出光平面方程，即實現(xiàn)線結(jié)構(gòu)光視覺傳感 器的標定。
[0029] 下面結(jié)合具體實施例及由一個攝像機和一個線激光器組成的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感 器為例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明基于平行雙圓柱靶標的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標定方法主要包 括以下步驟：
[0031] 步驟11 :對線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器中的攝像機進行標定。
[0032] 這里，對視覺傳感器的攝像機進行標定即求解攝像機的