[发明专利]激光束空间位姿的标定方法

摘要

本发明提供一种激光束空间位姿的标定方法，包括下列步骤：采用带有远心镜头的相机和靶平面构建激光束标定装置，相机正对靶平面，靶平面上设置两个靶球和四个等径阴影圆；以三坐标测量机的坐标系为世界坐标系，利用三坐标测量机对靶平面参数进行测量，得到靶平面的法向量以及靶平面上任意一点的坐标；计算靶球球心在靶平面上投影点的坐标；建立视点坐标系；利用相机采集靶平面图像，通过质心法提取得到靶平面图像上激光点、靶球投影圆心以及四个阴影圆圆心的像素坐标，使四个阴影圆圆心作为图像透视校正的控制点；建立空间点坐标与空间点在投影面内投影坐标的关系；得到激光点在世界坐标系下的三维空间坐标；拟合出激光束的空间位姿。

主权项

1.一种激光束空间位姿的标定方法，包括下列步骤：(1)采用带有远心镜头的相机和靶平面构建激光束标定装置，相机正对靶平面，靶平面上设置两个靶球和四个等径阴影圆，阴影圆圆心连线构成正方形，并且靶球与阴影圆都在相机的视场内；(2)以三坐标测量机的坐标系为世界坐标系o_w‑x_wy_wz_w，利用三坐标测量机对靶平面参数进行测量，得到靶平面的法向量以及靶平面上任意一点的坐标，从而得到靶平面在世界坐标系o_w‑x_wy_wz_w下的方程；(3)利用三坐标测量机测量靶球球心P₁、P₂坐标，然后计算靶球球心P₁、P₂在靶平面上投影点p₁、p₂的坐标；(4)建立视点坐标系o_v‑x_vy_vz_v，使z_v轴与靶平面垂直，在视点坐标系下，o_v点与p₁点的x坐标、y坐标相同，确定世界坐标系o_w‑x_wy_wz_w与视点坐标系o_v‑x_vy_vz_v之间的转换关系；(5)利用相机采集靶平面图像，通过质心法提取得到靶平面图像上激光点、靶球投影圆心以及四个阴影圆圆心的像素坐标，使四个阴影圆圆心p_i1、p_i2、p_i3、p_i4作为图像透视校正的控制点，采用基于双灭点的图像透视校正方法对靶平面图像进行处理，以使靶平面与像平面平行，保证像素坐标的准确性；(6)建立图像坐标系o′‑u′v′，使u′轴平行于x_v轴，在像素坐标系下，o′点与p′点u坐标、v坐标相同，然后确定像素坐标系o‑uv与图像坐标系o′‑u′v′之间的转换关系；(7)激光点的像素坐标已知，根据像素坐标系o‑uv与图像坐标系o′‑u′v′之间的转换关系，得到激光点在图像坐标系o′‑u′v′下的坐标；(8)建立空间点坐标与空间点在投影面内投影坐标的关系，此处即为图像坐标与视点坐标的关系，从而由激光点的图像坐标得到激光点在视点坐标系下的三维坐标；(9)根据视点坐标系o_v‑x_vy_vz_v与世界坐标系o_w‑x_wy_wz_w之间的转换关系，得到激光点在世界坐标系o_w‑x_wy_wz_w下的三维空间坐标；(10)多次改变激光束标定装置的位置，重复步骤(2)～(9)，得到激光束上多个点的空间坐标，最后根据这些点直线拟合出激光束的空间位姿。