[发明专利]一种基于射影几何的线结构光标定方法

说明书

本发明公开了一种基于射影几何的线结构光标定方法，包括采集包含激光器打在标定板的条纹图像，利用张氏标定法求出相机内参。通过图像处理得到相关直线与交点的信息，利用平行直线的齐次坐标表达得到对应靶标平面的消隐线方程，进而得到对应激光条纹的消隐点坐标，进一步转换得到激光条纹在相机坐标系下的方向向量；利用交比不变的射影性质得到激光条纹上两特征点的欧式距离，结合方向向量与成像模型信息，联立方程组得到特征点在相机坐标系下三维坐标，对所有图像特征点坐标利用最小二乘进行平面拟合，得到光平面方程，完成线结构光标定。本方法利用射影几何的特征与性质进行标定，无需借助其他测量设备，精度高且简单易行。

技术领域

本发明涉及一种视觉结构光测量领域，具体涉及一种基于射影几何的线结构光标定方法。

背景技术

随着工业相机与计算机的发展，视觉检测在工业检测中被大量使用，其中结构光视觉系统由于无需粘贴或定制标志点，包含信息多且精度高而应用更为广泛，最常见的即为线结构光与单目相机结合的测量系统，在使用系统进行检测前，必须标定光平面在相机坐标系下的表达式，进而由相机获取承载光条信息的被测物图像，透视成像模型结合光平面方程，实现三维测量。

常见的线结构光标定方法有拉丝法、锯齿靶法、基于交比不变的标定方法、基于神经网络的标定方法。拉丝法是根据光平面投射到空间分布不共面的细线上会形成亮点，采用其他仪器测出亮点在空间中的三维坐标，并结合亮点在相机中成像坐标得到光平面方程，该法需借助其他仪器且细丝上光点产生的漫反射会带来较大误差；锯齿靶法是采用一个锯齿状的靶标与一个一维工作平台实现较高精度的标定，但该法需要调节工作台使得光平面与靶标棱线垂直，操作较复杂，且对于靶标要求较高；基于交比不变的方法是利用透视投影共线点满足交比不变的性质，计算激光线上点在靶标坐标系下的三维坐标，再通过相机与每幅图像的相对外参转换到相机坐标系下，最后进行平面拟合，此法操作简单但外参矩阵的误差会传递导致标志点在相机坐标系下误差，并且获取的光平面点较少，基于神经网络的标定方法是借助光点瞄准装置以及高精度移动平台获取特征点的三维坐标，利用样本数据训练BP神经网络，优化寻找光平面方程系数，该法精度高，但需要其他高精度仪器，且操作较复杂不适合现场标定。

发明内容

本发明的目的在于针对现有标定线结构光技术需借助其他仪器或精度方面的不足，提出一种基于射影几何的线结构光标定方法，采用普通的棋盘格靶标，借助射影几何中空间直线方向向量与成像消隐点的对应关系以及交比不变的性质，结合透视成像模型完成标定，实现简单易行、精度较高的线结构光平面标定。

本发明采用如下技术方案：

一种基于射影几何的线结构光标定方法，包括相机、线激光器、计算机及棋盘格，具体步骤如下：

第一步：固定相机与线激光器位置，将棋盘格作为靶标置于相机视场内，激光器打在靶标形成条纹，相机采集包含条纹的靶标图像，并输入计算机；

第二步：对采集的靶标图像进行内参与畸变系数的标定，得到内参矩阵K、畸变系数向量K_c；

第三步：利用内参矩阵与畸变系数校正图像，经高斯滤波去除噪点和阈值化后，利用canny算子提取激光条纹边缘，从而利用最小二乘法拟合得到激光条纹在图像坐标系下的方程l₀，用[a₀ b₀ c₀]表示；