[发明专利]一种新型线结构光视觉系统及标定方法

说明书

本发明公开了一种新型线结构光视觉系统及标定方法，包括激光发射器、相机及标定板，首先线结构光打在标定板上，并通过相机采集足量包含靶标在内的标定图像，分别计算得到激光反射平面靶标平面方法，再根据提出的三面共线条件求解激光平面的方程表达式，完成激光平面的标定。本发明方法简单、易于实施，具有较高的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及激光视觉领域，具体涉及一种新型线结构光视觉系统及标定方法。

背景技术

激光视觉是近几年来新兴的一种机器视觉检测方式，激光视觉系统是指结合激光和工业相机，将激光打在待测物表面，通过相机拍摄表面的光斑并进行相应图像处理以获取对象三维信息的一类系统。此类系统结合了相机非接触式测量、全局信息丰富以及激光单色性好、亮度准直度高、光斑图样清晰、抗干扰能力强这两者的优点，在工业生产检测领域愈发展现出其巨大的潜力。

其中由线结构光(由激光束透过一种特殊的圆柱体棱镜分光而成，形状为一张很薄的激光平面，打在对象表面的光斑呈线条纹状)和单目相机组成的线结构光视觉检测系统以其非接触、精度高、抗干扰能力强等特点，在三维形貌测量和逆向工程等领域中的应用日益广泛。而系统标定是非常关键的环节，其标定结果的精度将直接影响后续图像处理和信息获取的准确性，同时也是建立三维检测模型，搭建视觉系统的基础。因此，标定方法的研究具有重要意义，做好相机标定，提高标定精度是研究工作的重点所在。

线结构光视觉系统的标定主要包括单目相机成像模型标定和激光平面方程标定两部分。目前对于相机标定方法的研究相对比较成熟，常用的方法有张正友标定法。然而关于激光平面的标定目前尚未有比较统一的方法，相关研究并不完善，是现今激光视觉研究的重点所在。当前提出的很多方法是基于共线点成像的交比不变性，根据空间平行直线成像的消隐点性质，或者基于一些特殊的几何图形位置与关系来标定激光平面方程。这些方法仅使用光条直线上有限的控制点作为激光平面的拟合要素，所使用的投影几何性质也很不直观，不但计算量大、求解不方便，而且标定结果误差可能较大。由此可见，在激光平面的标定方法上尚且具有很大的改进空间。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种新型线结构光视觉系统及标定方法。该方法借助一块具有一定精度的标定板，基于提出的三面共线条件，通过适当的图像处理方案来完成实现。

本发明采用如下技术方案：

一种新型线结构光视觉系统，包括激光发射器、导轨、相机及标定板，所述标定板在激光发射器的前方，标定板在相机的视野范围内，相机在导轨上移动。

所述标定板为棋盘格。

所述激光发射器发射的线结构光位于标定板的靶标平面上。

一种新型线结构光视觉系统的标定方法，包括如下步骤：

第一步，开启视觉系统中的相机和激光发射器，用相机采集至少20张线结构光打在标定板上的图片；

第二步，采用张氏标定法进行相机标定，获得相机的成像模型，并且对标定图像进行畸变校正，得到校正图像；

第三步，利用校正图像进行激光条纹直线拟合，得到像素坐标系下的拟合方程；

第四步，将像素坐标系下的拟合方程投影到相机坐标系得到线结构光反射平面的表达式；

第五步，利用张氏标定法中标定板平面为世界坐标系下z_w＝0条件的平面，求出相机坐标系下的靶标平面方程；

第六步，利用三面共线条件列出激光平面方程参数的矩阵方程，并用最小二乘法求解，得到激光平面方程，完成激光平面的标定。

所述第五步中，张氏标定法中，相机坐标系(x,y,z)，世界坐标系(x_w,y_w,z_w)，则相机坐标系下的靶标平面方程：