[发明专利]基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统

说明书

本发明公开了基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统。方法包括：对双目相机、平面靶标、结构光传感器、惯性导航分别建立坐标系；通过结构光传感器对被测物进行连续扫描，获取被测物在光平面坐标系下的多组轮廓数据点；针对每组轮廓数据点，分别获取第一三维坐标和第二三维坐标；通过卡尔曼滤波器对第一三维坐标和第二三维坐标进行数据优化融合，获得单次扫描被测物轮廓数据；对各单次扫描被测物轮廓数据进行整体拟合，获得被测物的整体拟合轮廓数据，完成结构光扫描测量。本发明通过对结构光传感器的位姿检测数据进行优化融合，能够降低测量中的累积误差，提高结构光位姿检测精度。

技术领域

本发明涉及双目相机及结构光的三维测量技术领域，特别是涉及基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统。

背景技术

三维扫描技术随着科学技术和工业的不断发展得到了人们的关注，在制造业、逆向工程等领域有着广泛的应用。其中结构光扫描测量技术使用最为频繁，但由于结构光扫描范围有限，需要将扫描数据进行后续拼接，使得测量精度下降。

因此，随着计算机视觉技术的飞速发展，当前多选用视觉传感器与结构光传感器相结合的方法提高三维测量的精度及测量效率，视觉传感器能够对结构光的姿态进行识别，从而实现将结构光扫描数据进行后续拼接。但这种基于单传感器的测量方法，仍存在容易产生结构光位姿检测精度较低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统，可降低测量中的累积误差，提高结构光位姿检测精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法，包括：

对双目相机、平面靶标、结构光传感器、惯性导航分别建立坐标系，获得相机坐标系、平面靶标坐标系、光平面坐标系、惯性导航坐标系；

通过所述结构光传感器对被测物进行连续扫描，获取所述被测物在所述光平面坐标系下的多组轮廓数据点；

针对每组轮廓数据点，将所述组轮廓数据点经所述平面靶标坐标系变换至所述相机坐标系下，获得第一三维坐标；将所述组轮廓数据点经所述惯性导航坐标系变换至所述相机坐标系下，获得第二三维坐标；

通过卡尔曼滤波器对所述第一三维坐标和所述第二三维坐标进行数据优化融合，获得单次扫描被测物轮廓数据；

对各所述单次扫描被测物轮廓数据进行整体拟合，获得所述被测物的整体拟合轮廓数据，完成结构光扫描测量。

可选地，所述通过所述结构光传感器对被测物进行扫描，获取所述被测物在所述光平面坐标系下的轮廓数据点，之前还包括：

将所述双目相机和所述惯性导航进行联合标定，获取所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参；

根据所述相机内参和所述相机外参固定所述双目相机、所述平面靶标、所述结构光传感器、所述惯性导航的位置；

根据所述位置分别获取所述相机坐标系与所述平面靶标坐标系间的第二变换矩阵、所述相机坐标系与所述光平面坐标系间的第三变换矩阵、所述惯性导航坐标系与所述光平面坐标系间的第五变换矩阵；

通过所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵获取所述平面靶标坐标系与光平面坐标系之间的第四变换矩阵。

可选地，所述将所述双目相机和所述惯性导航进行联合标定，获取所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参，具体包括：

固定所述双目相机和所述惯性导航间的相对位置，通过双目相机对不同位姿下的高精度棋盘格标定板进行拍摄，获取标定图片，根据所述标定图片确定所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参。