[发明专利]一种全景结构光视觉测量系统及通用畸变模型参数标定方法

摘要

本发明公开了一种全景结构光视觉测量系统及通用畸变模型参数标定方法，全景结构光视觉测量系统由相机、结构光投射器、玻璃管和计算机构成。利用光条点同时位于成像光路和结构光上，建立全景结构光视觉测量模型。针对玻璃管折射畸变，建立通用畸变模型，并基于此模型重建出靶标特征点空间坐标，由x_r表示；同时将辅助相机放置在玻璃管外部，重建出相应的靶标特征点空间坐标，由x_c表示；基于一一对应的x_r和x_c，建立目标函数并进行优化，获取通用畸变模型参数。标定结构光视觉模型参数时，基于通用畸变模型获取光条点的空间坐标，拟合出结构光方程。本发明能有效校正畸变，具有稳定性好、精度较高特点。

主权项

1.一种基于全景结构光视觉测量系统的通用畸变模型参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：a、全景结构光视觉测量系统由相机、结构光投射器、玻璃管和计算机组成；玻璃管起到连接并支撑相机和结构光投射器的作用；计算机通过数据线与相机相连；建立全景结构光视觉测量模型，联立空间中光条点的成像光路方程和结构光方程，重建出光条点的空间坐标；针对玻璃管产生的折射畸变，在三维空间中建立通用畸变模型，获取空间点所对应的入射光线方程，具体方法为：基于空间点所对应的畸变的图像坐标，采用相机透视投影模型，获取空间点所对应的出射光线方程；利用玻璃管内表面点的位置特征，获取玻璃管内表面方程；利用折射定律获得折射光线方程；利用玻璃管外表面点的位置特征，获取玻璃管外表面方程；利用折射定律获取空间点所对应的入射光线方程；b、固定视觉传感器相机和辅助相机，借助在两相机公共视场内多次摆放的平面靶标，标定两相机的内参，即两相机分别在u轴和v轴上的尺度因子、两相机的主点坐标以及两相机的畸变系数，同时获取两相机之间的外参，即两相机之间的旋转矩阵和平移矢量；c、固定玻璃管和结构光投射器，视觉传感器相机透过玻璃管拍摄平面靶标，获得靶标上角点的畸变的图像坐标后，基于所述步骤a所述的通用畸变模型，重建相应的入射光线方程，再计算并联立靶标平面方程，重建出基于畸变模型的靶标角点空间坐标，所述空间坐标由x_r表示；同时放置在玻璃管外部的辅助相机拍摄相同位置的平面靶标，获得相应的未畸变的角点图像坐标后，基于相机透视投影模型和坐标系转换关系，重建出相应的靶标角点空间坐标，所述空间坐标用x_c表示；d、基于所述步骤c的空间坐标x_r和x_c，建立目标函数并采用优化算法进行优化，获取所述步骤a所述通用畸变模型的参数；e、结构光投射器向平面靶标投射结构光，视觉传感器相机拍摄平面靶标及其上的结构光光条，计算机通过图像处理方法获得光条点的图像坐标，基于所述步骤a所述通用畸变模型，获取结构光光条点的图像坐标所对应的入射光线方程，再计算并联立靶标平面方程，从而重建结构光光条点的空间坐标，拟合出结构光方程；f、通过图像处理方法获得测量光条上点的图像坐标后，基于所述步骤a所述通用畸变模型，获取对应的入射光线方程，再基于所述步骤a所述全景结构光视觉测量模型，联立步骤e所述结构光方程，重建出测量光条上点的空间坐标，以实现对被测场景的全景测量。