[发明专利]一种基于机械运动的线结构光传感器的标定方法与装置

摘要

一种基于机械运动的线结构光传感器的标定方法与装置，所述装置包括摄像机、激光器、标定平面及运动机构，所述方法包括步骤1)以标定平面作为地面的世界坐标系的z轴为竖直方向，利用张正友棋盘格标定得到摄像机内部参数A以及第一张棋盘格的外部参数，并利用该外部参数得到摄像机坐标系的z轴与竖直方向上的夹角α；步骤2)计算相邻激光条纹上相应点之间的距离以及对应的像点坐标，步骤3)求解结构光平面的法向量；步骤4)根据步骤3)得到的法向量，及步骤1)得到的摄像机坐标系的z轴与竖直方向上的夹角α计算得到结构光平面与竖直方向的夹角θ，并进一步得到结构光平面上的点在摄像机坐标系下的坐标，以完成对结构光平面方程的标定。

主权项

一种基于机械运动的线结构光传感器的标定方法，执行所述方法的装置包括摄像机、激光器、标定平面及运动机构，其特征是所述摄像机与激光器安装于运动机构的运动末端且指向标定平面，所述运动末端可以在垂直于标定平面方向上下移动，摄像机与激光器可以在垂直于标定平面的方向上同步运动，所述方法包括以下步骤步骤1)以标定平面作为地面的世界坐标系的z轴为竖直方向，利用张正友棋盘格标定得到摄像机内部参数A以及第一张棋盘格的外部参数，并利用该外部参数得到摄像机坐标系的z轴与竖直方向上的夹角α；所述第一张棋盘格的外部参数包括棋盘格的旋转矩阵R1和平移矩阵t1，所述计算得到摄像机坐标系的z轴与世界坐标系的z轴的夹角α的方法为，令M1＝[R1t1]，其对应的齐次坐标为令世界坐标系下沿z轴方向的一个向量其对应的齐次坐标为令与摄像机坐标系z轴平行的向量为则以摄像机坐标系的z轴与世界坐标系的z轴的夹角为α，则有步骤2)计算相邻激光条纹上相应点之间的距离以及对应的像点坐标，包括2)‑I，固定在运动机构的运动末端的激光器向标定平面射出激光并在标定平面上形成激光条纹l1，此时对于激光条纹l1上的一点O1在摄像机图像中所成的对应图像点为P1；2)‑II，控制运动机构的运动末端沿竖直方向向下或向上移动h1的距离，此时激光在标定平面上形成的激光条纹l2上的O2点在摄像机图像中所成的对应图像点为P2；2)‑III，控制运动机构的运动末端再次沿竖直方向向下或向上移动h2的距离，此时激光在标定平面上形成的激光条纹l3上的O3点对应的图像点为P3，所述P1、P2、P3在摄像机图像上共线；步骤3)求解结构光平面的法向量，采用步骤1)得到摄像机的内部参数A与步骤2)中得到的图像点Pi,(i＝1,2,3)，并利用三点透视原理得到与结构光平面平行的平面S的法向量；步骤4)根据步骤3)得到的法向量，及步骤1)得到的摄像机坐标系的z轴与竖直方向上的夹角α计算得到结构光平面与竖直方向的夹角θ，并进一步得到结构光平面上的点在摄像机坐标系下的坐标，进而利用这些坐标与法向量完成对结构光平面方程的标定。