[发明专利]一种线激光扫描三维测量标定方法

说明书

本发明公开了一种线激光扫描三维测量标定方法，属于三维测量技术领域。包括以下步骤：标定相机内参矩阵；拍摄获取正常环境光照条件下的棋盘格标定板图像；计算各个棋盘格标定板所处标定板坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量；拍摄获取无环境光照条件下的激光线图像；计算激光线的三维坐标；计算激光平面方程系数；计算线激光扫描过程中不同位置的激光平面方程系数。本发明所提供的方法可在不变换标定板姿态的情况下实现线激光扫描快速标定，有效降低了标定过程和计算的复杂度，具有操作简单、标定速度快、实用性强等优点。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，具体指一种线激光扫描三维测量标定方法。

背景技术

线激光扫描法是一种非接触式主动光学三维测量方法，其基于三角测量原理，通过投射线激光扫描物体表面，可实现物体形貌的三维重构，具有测量密度大、速度快、精度高等优点，已在三维模型重建以及物体形貌测量等领域进行了广泛应用。

标定是影响线激光扫描三维测量精度的关键，线激光扫描标定准确与否，直接决定了物体三维形貌重构结果的好坏。目前，线激光扫描标定方法一般借助三维立体标定板或二维平面标定板进行标定。但是，高精度的三维立体标定板制作困难，价格昂贵，并且受测量视场限制，难以适用。与之相比，二维平面标定板则具有制作简单、使用方便、不受测量视场限制等优点，因而受到了广泛应用。

经检索，专利201910355395.X介绍了一种基于棋盘格标定板的线结构光标定方法，其通过多次变化标定板姿态，可获得同一结构光形成的多条激光线，进而拟合得到结构光平面方程系数。但是，由于需要多次变化标定板姿态，该方法操作较为繁琐，且计算量较大，难以有效用于线激光扫描标定中。专利201610420487.8介绍了一种用于线激光位置标定的三维立体标定板及标定方法，该三维立体标定板为梯形标定板，包含两个标定区域，可在不变化标定板姿态的情况下实现激光平面的快速标定。但是，如前文所述，三维立体标定板自身的限制极大约束了该标定方法的应用。

发明内容

本发明提供了一种线激光扫描三维测量标定方法，旨在解决线激光扫描三维测量的快速标定问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：

一种线激光扫描三维测量标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于单个棋盘格标定板，采用张正友标定法，对相机内参矩阵A进行标定；

步骤2：将多个棋盘格标定板放置于测量视场内，使用相机拍摄获取正常环境光照条件下的标定板图像；

所述步骤2中任意两个棋盘格标定板不共面，棋盘格标定板数量N≥2；

步骤3：对标定板图像中各个棋盘格标定板上的棋盘格角点进行检测，得到棋盘格角点的图像坐标，计算各个棋盘格标定板所处标定板坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量，其中，i=1,2,…,N为每个棋盘格标定板的编号，N为棋盘格标定板数量；

步骤4：保持所有棋盘格标定板位置不变，控制线激光在各个棋盘格标定板表面形成激光线，使用相机拍摄获取无环境光照条件下的激光线图像；

步骤5：采用灰度重心法对激光线图像中各个棋盘格标定板表面的激光线进行检测，得到激光线的图像坐标，计算激光线的三维坐标如下：

其中，为第i个棋盘格标定板表面激光线上第j个点在相机坐标系下的三维坐标，为该点在第i个棋盘格标定板所处标定板坐标系下的三维坐标，为该点的图像坐标，为比例系数，A标定得到的相机内参矩阵，和为计算得到的第i个棋盘格标定板所处标定板坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量；