而左右目光平面方 程也滿足雙目相機的剛體變換關系，因此，可以通過左右目變換關系驗證光平面標定結(jié)果 的正確性；
[0045] 5)由于在實際掃描過程中，無法從單目圖像確定每個激光像素點歸屬的激光線， 而需要借助左右目變換關系去除可能存在的多義性，因此，實際掃描時多線激光器一定是 配合雙目視覺系統(tǒng)工作的。本發(fā)明充分利用了上述依賴關系，并沒有增加掃描裝置的復雜 性。
【附圖說明】
[0046] 圖1是本發(fā)明實施所用的多激光線掃描裝置示意圖。
[0047] 其中：1-左右目相機；2-多線激光發(fā)射器；3-骨架。
[0048] 圖2是本發(fā)明所用標靶示意圖。
[0049] 圖3是本發(fā)明方法流程圖。
[0050] 圖4是標定時多激光線掃描裝置與標靶位置關系的示意圖。
[0051] 圖5是對標記點成像位置排序時確定四個頂點位置的示意圖。
[0052] 圖6是確定標記點成像位置最終排列順序的示意圖。
[0053] 圖7是未提取激光線而進行圖像預處理的示意圖。
[0054] 圖8是掃描工件CAD示意圖，其中，（a)為正視圖，（b)為側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0055] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明：
[0056] 圖1所示為本發(fā)明實施所用的多激光線掃描裝置，其由左右目相機和一個多線激 光發(fā)射器組成。左右目相機均采用The Imaging Source公司的DMK 23U445工業(yè)相機，其 傳感器為1/3〃CCD，輸出方式為USB3. 0,鏡頭選用Computar M0814-MP2百萬像素定焦鏡頭。 兩相機通過骨架剛性連接，左右目相機光軸間夾角約為40°，基線距離約為25cm。多線激 光器位于兩相機中間位置，發(fā)射出5條平行光束。
[0057] 如圖2所示為本發(fā)明的標靶示意圖，標靶上分布有5行6列圓形標記點，采用CAD 軟件設計獲得圖案，然后通過打印機進行打印后粘貼到一塊有機玻璃上制作而成。本發(fā)明 采用這種標靶的優(yōu)勢在于在打印標靶的時候不必顧慮打印機的打印精度或者打印比例，因 為圓形標記點中心位置是通過雙目視覺計算而來的，而與打印精度無關。本實例中所用標 革巴標記圓內(nèi)圓半徑為4mm，標記圓圓心間隔24mm。
[0058] 如圖3所示，應用本方法進行多線激光器標定的具體步驟如下：
[0059] 步驟1 :制作一個分布有M行N列圓形標記點的標靶，如圖4所示，調(diào)整掃描裝置 與標靶的相對位置，使得多線激光器所發(fā)出的激光線投射到標靶后能夠分布在不同的圓形 標記點列間隔中，并且左右目相機均能夠拍攝到完整的標靶圖像。
[0060] 步驟2:調(diào)用相機驅(qū)動程序，利用左右目相機采集標靶圖像，分別記所采集的左右 目標靶圖像為IjP Ip
[0061] 步驟3 :對左目圖像I1進行Canny邊緣提取，Canny邊緣的低、高閾值分別設置為 入1和入2。
[0062] 步驟4 :對步驟3中提取的Canny邊緣的每一條邊緣線進行驗證，并濾除不滿足如 下條件的邊緣線：
[0063] a)邊緣線的長度應該在合理范圍內(nèi)，即邊緣線長度1應該滿足L_彡1彡L_，L_ 和L_分別為圓形標記點成像后橢圓的最小和最大邊緣長度；否則認為其不是標記點的成 像邊緣，予以濾除；
[0064] b)邊緣線兩側(cè)的亮度應該滿足一定的條件，即記邊緣線兩側(cè)的平均亮度分別為Mf 和Mb，Mf彡M b，則Mf、Mb滿足
[0065]
[0066] 式中，Tol為亮度閥值，ζ為區(qū)分中心白色區(qū)域和黑色圓環(huán)的最小灰度差值，Tol 和ζ的典型取值分別為100和50。
[0067] 步驟5 :分別對經(jīng)過步驟4過濾后剩余各條邊緣線上的點利用擬合算法進行橢圓 參數(shù)求取。
[0068] 在圖像坐標系中，橢圓方程的基本形式是：
[0069] au2+bv2+cuv+du+ev-l = 0
[0070] 式中，a、b、c、d、e均為橢圓方程的參數(shù)。
[0071] 假設其中某條邊緣線e包含個邊緣點，則目標方程可以整理為A= B。的線性 方程組形式，其中
（uk，vk)為邊緣線e 上第k = 1，2,…，n/h邊緣點的坐標，k = 1，2,…，n e。
[0072] 上述線性方程可以通過矩陣運算求解，方程組兩側(cè)同乘以A。的轉(zhuǎn)置矩陣4【，得到
[0073] AIAqX0=AIb^
[0074] 進一步，方程兩側(cè)同時乘以$為的逆矩陣即可解得未知數(shù)X。，
[0075] 步驟6 :從一般形式的橢圓表達式中解得橢圓的幾何參數(shù)，包括中心點坐標 (u。，V。)，長軸方向角ang，長短軸長度I1, 12。
[0076] iE
= T ^+NtT-I, val 和 vec 分別是矩陣 M的特征值和特征向量矩陣，
[0077] 貝 lj，ur= T(l，l)，vr= T(2，l)，ang = atan2(vec(2，l)，vec(l，l))，
[0078] 步驟7 :驗證擬合誤差大小，并濾除擬合誤差過大的邊緣線。
[0079] 按照橢圓的定義計算邊緣線e中η個點到橢圓兩焦點的距離之和與41山的誤差 大小，并濾除最大距離大于P1個像素，平均距離大于P 2個像素的邊緣線。此步驟過后，所 有虛假邊緣線得以濾除，所得的橢圓中心即是標記點中心的成像位置。
[0080] 步驟8 :對圓形標記點中心即步驟7中的橢圓中心進行排序，步驟如下：
[0081] 1)如圖5所示，利用主元素分析方法找到包圍所有標記點中心成像位置的最小傾 斜矩形，找出距離矩形四個頂點最近的四個標記點中心。
[0082] 2)按照順時針方向?qū)λ鏊膫€標記點中心進行排序，記其中距離圖像左上角最近 的成像位置為V 1，其余三個按照排列順序的依次為V2、V3、V4。
[0083] 3)搜索到直線V1V4垂直距離小于閾值ε的標記點中心，并依照其與的距離 由近及遠進行排序，記排序后的標記點次序為P 1, Pf Pni;搜索到直線V 2v3垂直距離小于閾 值ε的標記點中心，并依照其與V2點的距離由近及遠進行排序，記排序后的標記點次序為 Q1, Wqni。這里，閾值ε可以取為相鄰標記點成像中心距離的1/10。
[0084] 4)找到距離直線ρΛ小于閾值的標記點中心成像位置，并按照其與ρ i點的距離由 近及遠進行排序，最后將排序后的標記點中心成像位置依次放在容器T中。
[0085] 5)將步驟4)中PA1依次替換為p沖（i = 2, 3…m)，并執(zhí)行步驟4)的內(nèi)容，完成 所有標記點中心成像位置的排序，結(jié)果如圖6所示。
[0086] 步驟9 :對右目圖像Iy執(zhí)行步驟3~步驟8,得到排序后的右目標記點中心成像坐 標。
[0087] 步驟10:記排序后的左目標記點中心成像位置為O1= (〇111，〇112…，〇1J，右目標 記點為a= (〇m，C^12…，OnJ，按照排列順序完成同一標記點中心在左右目圖像中成像位 置的立體匹配。
[0088] 步驟11 :計算標記點中心在左目相機下的空間位置坐標。
[0089] 假設任意一個標記點中心P在左、右圖像中成像位置分別為P1 (U1, V1)和 兩相機坐標系間存在剛體變換關系R、T。記P點在左右目相機坐標系下坐標分 別為（Xl，YbZ1)，（Xn z丄根據(jù)小孔成像模型：
[0092] 又枏據(jù)左右目相機位詈變換關系：
[0093]
[0094] 聯(lián)立上述三個表達式，可得P點在左目相機坐標系下坐標（Xl，yi，Z 1)為：
[0095]
[0096] 其中，A = (Ur-Crx)/frx，B = (vr-cry)/fry，C = (U1-Clx)/flx，D = (V1-ClyVfly; flx，fly，f"，'分別為左右相機的焦距，（c lx，cly)，（c"，c")分別為左右相機圖像中心，ri~ r9為雙目旋轉(zhuǎn)參數(shù)，t x, ty, tz為雙目平移參數(shù)。
[0097] 步驟12 :對計算得到的空間位置坐標進行平面擬合，得到標靶平面在左目相機坐 標系表示下的平面方程。
[0098] 記步驟11所得圓形標記點中心的三維坐標為Coordk = (Coordkx, Coordky, Coordkz)，（k = 1，2,…，mXη)，則左目相機坐標系表示下的標革巴平面表達 式ζ = Pax+Pby+P?？梢酝ㄟ^下式擬合：
[0099] X = (A1tA1) 1A1tB1
[0100] 其中，
[010