[发明专利]一种基于标定筒的单目多线结构光传感器的标定方法

说明书

本发明公开了一种基于标定筒的单目多线结构光传感器的标定方法，包括以下步骤：步骤1：根据应用场景加工固定半径的圆筒作为标定筒，并将柔性棋盘格靶面作为标定靶，紧密贴附于标定筒内表面；步骤2：使用相机拍摄标定靶固定位置图像，检测靶面采集图像中棋盘格靶面的角点坐标，并与棋盘格靶面的柱面坐标对应起来，建立圆筒柱面坐标与采集图像的对应关系；步骤3：确定光条在固定半径圆筒内的位置；步骤4：确定偏移系数；本发明的基于标定筒的单目多线结构光传感器的标定方法，标定方法简单、方便，可解决应用于管道内表面多线结构光传感器标定程序复杂，耗费时间长等问题；能够应用于深孔类零部件内壁检测中。

技术领域

本发明涉及一种基于标定筒的单目多线结构光传感器的标定方法，属于结构光传感器标定技术领域。

背景技术

线结构光传感器的标定主要包含相机标定和光平面标定两部分。线结构光传感器的相机标定方法当前主要包含使用标定靶物和不使用标定靶物的技术，但这些标定方法都是针对针孔相机模型。远心镜头在一定的物距范围内有着稳定的放大倍率和极小的透视畸变，能够在机器视觉测量中纠正视差，常用于精密测量。在结构光测量系统中结合远心镜头采集图像，在近距离高精度的检测场景中有着针孔相机无法比拟的测量优势。单线结构光技术仅能测量一个光平面上的三维信息，在检测过程中需要依靠高精度移动设备进行三维重建，效率较低，多线结构光技术能够在一幅图像中提取多个光平面的三维坐标，在测量效率上大大提高。

在测量过程中，多线结构光测量系统通过获取被测物体图像坐标与实际三维坐标的转换关系进行测量，需要对测量系统的相机和光平面进行标定来获取其转换关系。现有技术中，由于光平面的空间坐标难以获取，因此往往需要使用标定靶物多次拍摄获取其特征点的三维坐标拟合光平面的空间方程，标定过程较为繁琐；另外由于特征点的三维坐标通过针孔相机模型获取，拟合的光平面存在累计误差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于标定筒的单目多线结构光传感器的标定方法，标定方法简单、方便，能够应用于深孔类零部件内壁检测中。

本发明的基于标定筒的单目多线结构光传感器标定方法，包括以下步骤：

步骤1：根据应用场景加工固定半径的圆筒作为标定筒，并将柔性棋盘格靶面作为标定靶，紧密贴附于标定筒内表面，标定靶平面x轴为标定筒轴向，y轴为标定筒周向；

步骤2：使用相机拍摄标定靶固定位置图像，检测靶面采集图像中棋盘格靶面的角点坐标，并与棋盘格靶面的柱面坐标对应起来，建立圆筒柱面坐标与采集图像的对应关系；将采集图像中棋盘格靶面的角点与棋盘格靶面的柱面坐标对应起来，建立圆筒柱面坐标与采集图像的对应关系；

步骤3：使用单目多线结构光传感器拍摄多线结构光平面在标定圆筒内壁图像，确定光条在固定半径圆筒内的位置；

步骤4：使用单目多线结构光传感器拍摄多线结构光平面在标定筒内不同半径的测量图像，确定偏移系数。

作为优选的实施方案，所述单目多线结构光传感器其相机镜头采用远心镜头成像模型。

进一步地，所述标定筒内表面包括固定内径的圆筒内表面、附着棋盘格靶面的固定内径圆筒内表面和包含不同内径的阶梯状圆筒内表面。

作为优选的实施方案，附着于标定筒内的所述柔性棋盘格靶面不限于固定棋盘格大小，其含有精确尺寸的特征点不少于4个。

进一步地，所述步骤2具体包括以下步骤：

第一步：调整相机位置，拍摄棋盘格靶面的图像；

第二步：提取棋盘靶面的特征点p_i＝(u_i,v_i)，对应的柱面坐标P_i＝(r,iΔθ,iΔz)；

第三步：采用直接线性标定方法,标定出远心镜头投影矩阵M和t。