[发明专利]一种结构光传感器的外参标定装置及方法

权利要求书

1.一种利用外参标定装置对结构光传感器进行标定的方法，所述结构光传感器包括投射器和相机；所述投射器能投射多线平行结构光、多线交叉结构光或散斑；

所述外参标定装置包括：靶标本体和多个标准孔，所述多个标准孔平行设置在靶标本体上，数量不少于四个，各标准孔上表面的圆心不在同一个空间平面上，相邻两个标准孔中心之间的水平距离大于这两个标准孔的半径之和、垂直距离小于这两个标准孔的半径之和；

其特征在于，包括以下步骤：

1)将所述标定装置固定在相机的视场范围内，各个标准孔的上表面垂直于相机光轴，投射器向所述标定装置上投射结构光，被投射出的散斑或多线结构光中的至少两个光平面能够覆盖标定装置中的所有标准孔；

2)相机采集包含经标准孔调制后结构光图像，提取投射到单个标准孔上的所有散斑结构光特征/多条线结构光的光条中心；利用结构光测量原理进行三维重建，提取圆的边缘特征点，拟合圆并解算出圆心在传感器坐标系下的三维坐标；

遍历各标准孔，采用相同的方法解算各个标准孔上表面圆心在传感器坐标系下的三维坐标；

3)利用标准测量仪获取各个标准孔上表面圆心在外部坐标系中的三维坐标；

4)基于刚体变换，解算传感器坐标系与外部坐标系之间的旋转平移矩阵，即得出结构光传感器的外参。

2.一种利用外参标定装置对结构光传感器进行标定的方法，其特征在于：所述结构光传感器为单线结构光传感器，其包括投射器、相机和光源；

所述外参标定装置包括：靶标本体和多个标准孔，所述多个标准孔平行设置在靶标本体上，数量不少于四个，各标准孔上表面的圆心不在同一个空间平面上，相邻两个标准孔中心之间的水平距离大于这两个标准孔的半径之和、垂直距离小于这两个标准孔的半径之和；其特征在于，包括以下步骤：

1)将所述标定装置固定在相机的视场范围内，各个标准孔的上表面垂直于相机光轴，关闭光源，投射器向所述标定装置上投射结构光，投射出的单线结构光覆盖标定装置中的所有标准孔；

相机采集包含经标准孔调制后结构光图像，根据结构光图像中的光条计算光平面与单个标准孔上表面相交直线的中心点在传感器坐标系下的坐标(x_Q,y_Q,z_Q)；

关闭投射器、打开光源，相机采集标准孔图像，计算所述单个标准孔上表面的圆心像素坐标，圆心与相机坐标系原点的连线与光平面交于P点，利用线结构光测量原理将P点转换到传感器坐标系下，得到(x_P,y_P,z_P)；

根据空间几何关系，计算单个标准孔表面圆心在传感器坐标系下的空间坐标(x_m,y_m,z_m)：

2)遍历各标准孔，采用步骤1)的计算得到各标准孔上表面圆心在传感器坐标系下的空间坐标；

3)利用标准测量仪获取各个标准孔表面圆心在外部坐标系中的三维坐标；

4)基于刚体变换，解算传感器坐标系与外部坐标系之间的旋转平移矩阵，即得出结构光传感器的外参。

3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于：将传感器坐标系建立在相机坐标系。

4.如权利要求1或2所述方法，其特征在于：所述标准测量仪包括：三坐标机、激光跟踪仪、全站仪、经纬仪、关节臂式测量机。

5.如权利要求1或2所述方法，其特征在于：利用标准孔上表面圆心在传感器坐标系下和在外部坐标系下的三维坐标进行精度评价：

求取任意两个或多个标准孔上表面圆心的在传感器坐标系下的间距I；

求取任意两个或多个标准孔上表面圆心的在外部坐标系下的间距D；

将间距I与间距D进行比对，得出偏差值，依据偏差值评价所述结构光传感器的精度。

6.如权利要求1或2所述方法，其特征在于：为了使得各标准孔表面圆的圆心不在同一空间平面上：所述靶标本体设有多个高度不同的平面，所述平面呈阶梯状分布，逐次升高或逐次降低、或先升高再降低，或先降低再升高，或高低上呈无规律分布。

7.如权利要求1或2所述方法，其特征在于：各标准孔为尺寸互不相同的通孔。