[发明专利]线结构光视觉传感系统结构参数的现场标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种线结构光视觉传感系统的标定方法，属于光电测量领域，特别适用于线结构光传感系统结构参数的现场标定。

背景技术

线结构光主动传感技术具有成本低、体积小、非接触、测速快、方便灵活以及光条图像信息易于提取等优点，在视觉测量、工业检测等领域有着重要的意义和广阔的应用前景。在线结构光视觉传感系统中，标定视觉传感器的结构参数(即，摄像机和光学投射器的位置关系)是视觉传感器进行三维测量的必要前提。同样，研究视觉传感器的现场标定方法，是保持传感器标定状态和使用状态完全一致的有效途径，同时也为降低劳动强度、降低对设备要求提供了可能。

从线结构光三维视觉模型可知，线结构光三维视觉的标定是指摄像机的内部参数的标定和视觉系统的结构参数的标定。传统的线结构光视觉传感器的结构参数标定方法分为两类。第一类方法是将摄像机的内部参数和视觉系统的结构参数分别进行标定，其中摄像机的内部参数标定可以采用经典的标定方法或者商用化的标定软件来实现，视觉系统的结构参数的标定需要利用摄像机的参数，具有代表性的方法主要有以下几种：拉丝标定法、锯齿靶标法、基于共面标定参照物的方法等。第二类方法不需要直接标定摄像机内部参数，利用空间已知的控制点来直接标定像点坐标与空间三维点之间的映射关系，具有代表性的方法是基于交比不变性的三维立体靶标标定方法。上述标定方法普遍存在需要精密的标定辅助设备、设备成本高或标定过程繁琐等缺点，不适合于视觉传感系统的现场标定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种线结构光视觉传感器结构参数的标定方法，该方法具有标定过程简单、成本低、快速、精度较高的优点，可实现线结构光传感系统的在线标定。

根据本发明的一方面，提供一种线结构光视觉传感器结构参数的现场标定方法，该方法包括：(a)在线结构光视觉传感系统的被测空间内放置可移动的平面靶标，所述平面靶标上布置有共线且彼此距离已知的三个特征点，线结构光投射器的光平面与所述三个特征点所在的直线相交，形成标定点；(b)利用所述共线的三个特征点建立平面三点透视模型，并根据所述三个特征点的彼此距离、所述三个特征点和标定点在摄像机像面上成像的像点坐标以及摄像机的内部参数，计算得到标定点在摄像机坐标系中的坐标；(c)在线结构光视觉传感系统的测量范围内将平面靶标移动到多个不同的位置，所述三个特征点所在的直线与所述光平面分别形成多个另外的标定点，重复执行步骤(b)，分别计算所述多个另外的标定点在摄像机坐标系中的坐标；(d)将多次得到的标定点的坐标拟合成一个平面，得到线结构光投射器的光平面在摄像机坐标系内的平面方程，由此完成线结构光视觉传感系统结构参数的现场标定。

优选的是，所述三个特征点中相邻两个特征点之间的距离相等。

优选的是，在步骤(b)中，建立平面坐标系oxy，平面坐标系oxy的坐标原点与摄像机坐标系的坐标原点重合，平面坐标系oxy的x轴与平面坐标系oxy的坐标原点和最相邻于标定点的一个特征点的连线重合，平面坐标系oxy的y轴垂直于平面坐标系oxy的x轴，由此建立所述平面三点透视模型。

优选的是，在步骤(b)中，根据所述三个特征点的彼此距离、所述三个特征点和标定点在摄像机像面上成像的像点坐标以及摄像机的内部参数，计算标定点与平面坐标系oxy的坐标原点之间的距离，根据所述距离得到标定点在摄像机坐标系中的坐标。

优选的是，在步骤(b)中，考虑摄像机镜头的光学畸变的影响，涉及到的像点坐标均需要进行畸变校正。

优选的是，在平面靶标上还布置有一组或多组点列，每组点列是共线且彼此距离已知的三个特征点，由此在平面靶标处于一个位置时获得多个标定点。

根据本发明的方法与现有技术相比，具有标定过程简单、快速、不需要复杂的计算和昂贵的标定辅助设备，可获得较高测量精度的特点，可用于线结构光传感系统的现场标定。

附图说明

通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：

图1是根据本发明特定实施例的视觉传感系统的结构参数标定的示意图；以及

图2是根据本发明特定实施例的共线三点透视模型的示意图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述实施例以解释本发明。

线结构光视觉传感系统可包括线结构光投射器和摄像机，由于线结构光视觉传感系统的结构是本领域技术人员所熟知的，所以这里省略了对其的详细描述。