[发明专利]一种基于协变的线结构光光平面标定方法

说明书

本发明公开了一种基于协变的线结构光光平面标定方法，包括如下步骤：采用基于平面靶标的相机标定方法，获得相机参数；采集带有激光线条纹的平面靶标图片，剔除求解重投影误差大的图片；矫正标定图片；利用灰度重心法提取感兴趣区中光条亚像素中心点；利用平面靶标上已知圆心坐标与图像中圆心点计算两平面之间的单应性矩阵，得到平面靶标二维平面上中心线的方程系数；计算世界坐标系下光条中心线的Plucker矩阵方程；利用直线方程在光平面方程上建立线面约束方程；拍摄多组不同位姿下的光条图像，建立超静定线面约束方程组，采用SVD分解线面约束方程组得到光平面方程系数。本发明保证了标定精度和速度，每张图像数据对平面方程参数影响相同，保证抗噪性。

技术领域

本发明涉及非接触测量技术领域，尤其是一种基于协变的线结构光光平面标定方法。

背景技术

线结构光测量技术是一种非接触、抗噪性强、精度高的测量方式，其中线结构光光平面的标定精度是该测量技术的重要保证。线结构光三维测量，是由激光器投射激光至被测表面，由相机采集经过调质过后的激光条纹，通过细化得到亚像素条纹中心，以相机成像模型方程与光平面的三维空间方程恢复物体表面条纹处的三维坐标，因此实现光平面高精度的标定是线结构光精密测量的一个关键技术。

目前的线结构光测量多采用基于交比不变的光平面标的方法，通过平面靶标上已知标定点的坐标信息，由交比获得激光线与已知标定点的交点坐标，用于光平面标定，该方法所需平面靶标简单，精度高，但是获得的特征点数量少，受空间位姿的影响，特征点分布受认为因素影响较大，没有充分利用条纹数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于协变的线结构光光平面标定方法，保证了标定精度和速度，每张图像数据对平面方程参数影响相同，保证抗噪性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于协变的线结构光光平面标定方法，包括如下步骤：

(1)采用基于平面靶标的相机标定方法，获得相机内参矩阵M与畸变参数；

(2)采集带有激光线条纹的平面靶标图片，对其上的平面靶标圆心利用PnP求解相机相对于世界坐标系的位姿矩阵W，剔除求解重投影误差大的图片；

(3)矫正标定图片，利用Canny获得所有图像中的边缘并统计灰度，通过大津阈值法计算阈值，结合最高灰度值得到自适应分割阈值T并对分割图像进行连通域分析，得到最大连通域所在最小包围矩形作为光条感兴趣区；

(4)利用灰度重心法提取感兴趣区中光条亚像素中心点，利用5点滑动平均法光顺光条中心点集，最小二乘法拟合中心线方程I；

(5)利用平面靶标上已知圆心坐标与图像中圆心点计算两平面之间的单应性矩阵H，利用协变得到平面靶标二维平面上中心线的方程系数I'＝I·H^-1；

(6)计算世界坐标系下光条中心线的Plucker矩阵方程L_w，利用步骤(2)中的位姿关系得到相机坐标系光条中心线的Plucker矩阵方程L_c，为L_c＝(WA)·(WB)^T-(WB)·(WA)^T＝WL_wW^T，其中A，B为任意两点直线上三维坐标；

(7)利用直线方程在光平面方程上建立线面约束方程L_c·π＝0；

(8)拍摄多组不同位姿下的光条图像，建立超静定线面约束方程组，采用SVD分解线面约束方程组得到光平面方程系数。