[发明专利]一种基于单应性矩阵的多线结构光视觉测量方法

说明书

本发明公开了一种基于单应性矩阵的多线结构光视觉测量方法，其包括构建基于立体视觉的多线结构光测量模型和基于单应性矩阵的平行结构光条纹进行匹配两个步骤。本发明解决了现有线结构光视觉测量过程中，线结构光传感器标定复杂，需要特定标定物等问题，其利用单应性矩阵表示线结构光条纹在左右视图中的匹配关系，使得线结构光传感器标定的时候无须求取光平面方程，只需要利用二维图像匹配点标定光平面所对应的单应性矩阵即可，然后利用双目视差原理重建结构光条纹的三维空间坐标，并通过实验验证了利用单应性矩阵进行线结构光视觉测量的可行性，实验结果表明该方法操作简单，适合现场标定测量。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，更具体地说，它涉及一种基于单应性矩阵的多线结构光视觉测量方法。

背景技术

在主动视觉测量技术中，结构光视觉测量具有非接触、速度快、效率高等特点，成为高速在线检测、质量控制、逆向工程中常用的测量方法之一。其中，线结构光由于其检测精度高、稳定性好、适应性强等特点在工业检测领域得到广泛应用。线结构光测量系统的标定作为整个测量过程的基础环节，标定的精度及稳定性直接决定后续测量环节的精度及稳定性。线结构光视觉测量系统的标定包括相机参数标定及光平面参数标定两部分。其中相机参数标定方法较为成熟，因此，光平面参数的标定是线结构光视觉测量系统标定的关键所在。

传统的线结构光光平面标定方法主要有拉丝标定法、基于三维立体靶标和交比不变性的标定法和锯齿靶标法等，这三种标定方法都需要精密的标定辅助设备，标定过程比较复杂，并且不适合进行现场标定。针对这一问题有人提出基于平面参照物的线结构光标定方法，其优点是标定设备制作简单，便于进行现场标定，但是这种方法需要在平面标定板上建立局部世界坐标系，并且标定板每移动一个位置都要计算这个位置下局部世界坐标系与世界坐标系的转换矩阵，一定程度上增加了标定的复杂程度。

为了快速、方便的对线结构光视觉测量系统中的光平面进行参数标定，针对典型的线结构光测量模型中的线面模型、面面模型，本发明提出了一种基于单应性矩阵的多线结构光视觉测量方法。该方法利用双目立体视觉中基于平面诱导的单应性矩阵来表示线结构光在两幅视图中的匹配关系，然后利用双目视觉中的视差原理进行三维重建，在标定过程中无需特定标定物、无需计算线结构光在局部世界坐标系中的坐标、无需通过求取光平面方程来完成标定，完全依赖线结构光在两个视图中的二维图像匹配点(不共线且匹配点个数大于4对)就可以完成光平面参数的标定，并且最少采集一张图片就可以完成激光平面的参数标定，具有操作简单，标定速度快的特点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于单应性矩阵的多线结构光视觉测量方法，其具有操作简单，标定速度快的特点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于单应性矩阵的多线结构光视觉测量方法，包括以下步骤：

步骤一、构建基于立体视觉的多线结构光测量模型

构建基于双目立体视觉的平行多线结构光测量模型，所述平行多线结构光测量模型包括一个双目立体视觉系统和一个平行线结构激光传感器或者多线平行激光传感器，所述双目立体视觉系统包括双目相机，所述双目相机包括左相机和右相机，所述平行线结构激光传感器或者所述多线平行激光传感器将激光条纹投射至被测物体表面并在双目相机中成像，通过求取激光条纹在双目视图中的匹配点，利用双目视差原理重建激光条纹的三维空间坐标，

所述平行多线结构光测量模型的测量原理如下：假设激光条纹上任意一个三维空间点P_w＝(X,Y,Z,1)^T在左右相机当中的图像匹配点分别是p_l＝(x_l,y_l,1)^T、p_r＝(x_r,y_r,1)^T，将世界坐标系的原点设置在左相机的光心位置，由相机成像原理可知：