[发明专利]基于同心圆的结构光视觉传感器标定方法

说明书

本发明涉及一种基于同心圆的结构光视觉传感器标定方法。建立摄像机坐标系作为全局坐标系；将结构光投射到平面靶标上，由摄像机获取得到清晰的靶标图像，并由Steger提取方法对靶标同心圆的特征进行提取；进而由同心圆与消隐线的特征计算出平面靶标的消隐线，进而确定光平面的消隐线，从而得到光平面的法向量；有其中的任一点坐标即可确定完整的光平面方程，完成线结构光视觉传感器的标定。本发明操作简单，精度高，避免了因角度偏移而引起的标定误差，同时，标定所用的平面靶标结构简单，容易加工。

技术领域

本发明属于机器视觉测量技术，具体涉及一种基于同心圆的结构光视觉传感器标定方法。

背景技术

在计算机视觉测量领域，视觉测量与三维重构技术起着十分重要的作用。其中线结构光视觉传感器以其大视场、大量程、高精度、实时性强和信息易于提取等优点得到广泛应用。

迄今为止，由多种传感器标定方法，常见的标定方法有拉丝法、锯齿靶法、微分法、基于交比不变的标定方法以及Plücker矩阵标定方法等。按照应用靶标的种类可以分为三维靶标标定方法，平面靶标标定方法以及一维靶标标定方法。其中，三维靶标标定方法存在着诸如空间遮挡、靶标加工困难、体积较大等缺点，并不能很好的完成现场标定的任务。一维靶标虽然占用空间小，但是其往往存在特征点较少的缺点，使得其标定精度不高。平面靶标标定方法由于其加工简单、易于操作等优点得到了广泛的应用。

发明内容

为了更好的完成线结构光视觉传感器的标定任务，本发明提出了一种基于同心圆的线结构光视觉传感器标定方法，应用同心圆平面靶标或等价形式的靶标，对线结构光视觉传感器进行标定。该方法所应用的靶标加工简单，可避免因拍摄角度而产生的误差，且操作方便，适合现场标定。线结构光视觉传感器由一台摄像机和一个线激光投射器件组成，其中，摄像机与视觉传感器的位置关系固定不变。因此确定两者之间的关系是线结构光视觉传感器的一个重要工作，被称之为线结构光视觉传感器的标定。为了便于分析计算，视觉传感器的标定可以等价为计算出结构光在摄像机坐标系下的光平面方程。

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