[发明专利]基于同心圆的结构光视觉传感器标定方法

权利要求书

1.一种基于同心圆的结构光视觉传感器标定方法，其特征在于：借助于线结构光视觉传感器，其中，线结构光视觉传感器包括关系为预设固定值的摄像机与激光器；该方法实现步骤如下：

步骤一，建立摄像机坐标系作为全局坐标系；首先，在线结构光视觉传感器中，建立摄像机坐标系O-XYZ作为全局坐标系；然后，在不考虑摄像机畸变的情况下，将标定的过程等价为计算二维的光平面图像坐标系o-xy，在摄像机坐标系下的表达方程的过程；摄像机坐标系与光平面的图像平面坐标系存在以下关系

步骤二，首先，将同心圆靶标置于摄像机视场内，根据公式(1)由摄像机获取得到满足设定像素条件的同心圆靶标图像；然后，在靶标上建立靶标坐标系，定义C1和C2为两个同心圆，定义远心为O，对应的图像定义为C₁，C₂和o，定义靶标坐标系下圆心坐标为[x₀，y₀，1]^T，圆心半径为r1和r2；则同心圆的矩阵表示为

步骤三，定义图像平面到靶标平面的单应矩阵为H，得到圆的矩阵表示为

p^TCp＝0 (4)；其中，p为圆特征点的齐次坐标坐标；

步骤四，由公式(2)、(3)、(4)得到

步骤五，根据公式(5)得到

步骤六，首先，将公式(6)特征分解表示为

[V，D]＝eig(C₂，C₁) (7)；

其中，然后，根据矩阵D得出，矩阵存在三个特征值，两个相同的特征值，一个不同的特征值，两个相同特征值对应的特征向量分别为[1 0 0]^T，[0 1 0]^T；其次，确定该两个特征向量对应为无穷远线上的点，根据公式(7)，并对矩阵的特征分解，确定靶标平面的消隐线；

步骤七，将结构光投射器投射光条到靶标平面，由摄像机获取光条的图像，应用Steger特征提取方法对公式(2)、公式(3)的靶标同心圆特征进行提取，获得光条的中心线，同心圆特征为圆形边缘的中心点坐标；

步骤八，首先，根据同心圆特征，矩阵的两个相同特征值对应的特征向量为无穷远的线，确定结构光平面的消隐线；然后，由光平面的消隐线在摄像机坐标系中的关系，确定出光平面的法向量；其次，根据光平面消隐点的唯一性，光条中心线与靶标平面消隐线的坐标即为光平面的对应的消隐点；

步骤九，将平面靶标移动多个位置，通过步骤八的消隐点确定光平面的消隐线；根据消隐线与摄像机内在的关系，有

则光平面的法向量为

步骤十，光平面方程确定；由光平面上任一点的空间点坐标，得到完整的光平面方程，完成标定。

2.根据权利要求1所述的基于同心圆的结构光视觉传感器标定方法，其特征在于：靶标图案为一组同心圆；圆的个数至少为两个。

3.根据权利要求1所述的基于同心圆的结构光视觉传感器标定方法，其特征在于：根据同心圆特征确定光平面消隐线的计算方法，首先，由同心圆的图像变换形式的特征分解，确定靶标平面的消隐线；然后，由消隐点的唯一性，确定光平面的消隐点；其次，由光平面上多个位置的消隐点，拟合得到光平面的消隐线。