[发明专利]一种线激光3D相机系统全自动标定方法及装置

说明书

本发明的一种线激光3D相机系统全自动标定方法及装置，标定参数包括内参、畸变系数、传感器倾斜角度、激光面参数、旋转向量和平移向量，标定方法如下：获取第一圆盘标定板不同位姿的第一圆盘标定板图，得到内参、畸变系数和传感器倾斜角度的初值；获取第二圆盘标定板到线激光相机不同距离的第二圆盘标定板图和激光线图L2，进行激光面标定，得到激光面参数、旋转向量和平移向量的初值；获取网格板到线激光相机不同距离的激光线图L3，利用所述激光线图L3检验所述标定参数的误差，根据误差修正所述标定参数，得到修正后的标定参数。本发明设计先计算初值，再对初值进行修正的方法，提高了线激光3D相机的标定精度。

技术领域

本发明涉及线激光3D相机标定领域，特别涉及一种线激光3D相机系统全自动标定方法。

背景技术

线激光3D相机，是一种基于三角测量原理，通过图像传感器，捕获激光发生器投射在物体表面的激光线信息，重构物体表面轮廓信息的三维相机，其主要由沙姆相机和线激光发生器组成。对于线激光3D相机的标定主要包含两个步骤：沙姆相机的标定、激光面的标定，标定参数包括内参、畸变系数、传感器倾斜角度、激光面参数、激光面相对相机坐标系的旋转向量和平移向量，过程非常复杂，如果仅靠人工去采集各种图像将花费大量时间，这对工业中批量生产线激光3D相机是不能接受的。为了解决上述问题，本发明提出一种线激光3D相机的全自动标定方法与流程，能够一键实现所有标定过程，得到最终的标定参数用于三维重建。

基于线激光的三维重建技术，主要是通过向物体表面投射激光，激光由于物体表面深度的变化以及可能的间隙而受到调制，表现在图像中则是光条发生了变化和不连续，变化的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。通过数学模型重建此调制过程，从而根据激光平面和物体外表面交线的二维激光条纹图像获得其三维坐标。由于其重建速度快、结构简单、精度高、抗干扰能力强的优点，被广泛应用于汽车生产、电子制造等各个领域中的产品尺寸检测、焊缝跟踪、工件轮廓测量、机器人轨迹引导等诸多场景中。基于线激光的三维重建技术主要包括相机标定、激光条纹中心线提取、激光平面标定等部分，其中，激光条纹中心线提取有灰度重心法、基于Hessian矩阵的steger算法等众多成熟解决方案，而相机标定主要使用二维标靶的张氏标定法及其改良方法来完成。在相机以及激光面完成之后得到的标定参数用于三维重建时，随着量程的增大，误差逐渐增大，因此还需要对其测量精度进行补偿。沙姆相机复杂的标定使得标定一次的时间成本是巨大的，想要实现量产通过人工拍图标定的方式是不现实的。

专利CN114359405A中提出了一种离轴沙姆3D线激光相机的标定方法，包括：构建离轴沙姆3D线激光相机的成像模型：构建与透镜面平行且成像中心过光轴的虚拟像面坐标系，实现图像像素坐标与世界坐标系下坐标之间的转换；先计算相机内参和外参初值，后利用非线性优化算法计算最优解，获得相机标定；采集不少于2组有无激光用于激光平面标定的标定板图片，通过组内标定板图片做差的方法，得到激光线数据，计算每组激光线中心像素坐标在相机坐标系下的三维坐标，拟合得到激光平面方程，得到激光平面的标定。解决了离轴沙姆3D线激光相机难以标定的问题。该技术方案与本方案解决的技术问题最为接近，但采用的装置不同，标定方法与原理也不同。

另外，专利CN113160339A公开了一种基于沙姆定律的投影仪标定方法，用于对沙姆投影仪的标定使用精度更高的双向多频多步相移法，提升相位的计算精度，构建沙姆投影仪成像模型结合现有的张氏解析算法进行内外参初值的计算，利用LM算法对投影仪内参、外参、畸变系数进行优化，并进一步继续利用LM算法对沙姆角进行优化。该方案不涉及对激光面的标定，且优化方法与本发明原理不同，不能实现本发明中快速精确的修正方案，且该专利文献的核心为双向多频多步相移法，不能解决本发明全自动的标定过程。

综上所述，现有技术缺点如下：

（1）沙姆相机复杂的标定使得标定一次的时间成本是巨大的，想要实现量产通过人工拍图标定的方式是不现实的；

（2）现有技术关于线激光3D相机标定的精度不足。

发明内容