[发明专利]一种基于射影几何的线结构光标定方法

摘要

本发明公开了一种基于射影几何的线结构光标定方法，包括采集包含激光器打在标定板的条纹图像，利用张氏标定法求出相机内参。通过图像处理得到相关直线与交点的信息，利用平行直线的齐次坐标表达得到对应靶标平面的消隐线方程，进而得到对应激光条纹的消隐点坐标，进一步转换得到激光条纹在相机坐标系下的方向向量；利用交比不变的射影性质得到激光条纹上两特征点的欧式距离，结合方向向量与成像模型信息，联立方程组得到特征点在相机坐标系下三维坐标，对所有图像特征点坐标利用最小二乘进行平面拟合，得到光平面方程，完成线结构光标定。本方法利用射影几何的特征与性质进行标定，无需借助其他测量设备，精度高且简单易行。

主权项

1.一种基于射影几何的线结构光标定方法，其特征在于，包括相机、线激光器、计算机及棋盘格，具体步骤如下：第一步：固定相机与线激光器位置，将棋盘格作为靶标置于相机视场内，激光器打在靶标形成条纹，相机采集包含条纹的靶标图像，并输入计算机；第二步：对采集的靶标图像进行内参与畸变系数的标定，得到内参矩阵K、畸变系数向量K_c；第三步：利用内参矩阵与畸变系数校正图像，经高斯滤波去除噪点和阈值化后，利用canny算子提取激光条纹边缘，从而利用最小二乘法拟合得到激光条纹在图像坐标系下的方程l₀，用[a₀ b₀ c₀]表示；第四步：利用亚像素角点检测的方法在截取的ROI区域中确定第一排棋盘格角点a、b、c以及第四排棋盘格角点aa、bb、cc和与a、b点同列的某点m、n的坐标，进而得到直线ab方程l₁：[a₁ b₁ c₁]、直线aabb方程l₂：[a₂ b₂ c₂]、直线am方程l₃：[a₃ b₃ c₃]、直线bn方程l₄：[a₄ b₄ c₄]，并求l₀与l₁的交点p坐标(u₁,v₁)、l₀与l₂的交点pp点坐标(u₂,v₂)，P、PP点相机坐标系下坐标满足：其中，i＝1,2；第五步：由直线l₁与l₂方程得到对应棋盘格平面的消隐点Vanish_Point1，同样由l₃与l₄方程得到另一消隐点Vanish_Point2，进一步得到消隐线Vanish_L方程，结合激光条纹l₀方程确定对应激光条纹的消隐点Vanish_Point0齐次坐标，进而得到光条在相机坐标系下的三维方向向量，并进一步得到P、PP点相机坐标系下坐标满足：第六步：利用射影几何交比不变的性质通过已知点的图像距离与靶标距离得到P、PP点欧式距离，进一步确认P、PP点相机坐标系下坐标满足：第七步：根据方程(4)、(6)、(8)确定点P、PP在相机坐标系下的三维坐标；第八步：重复第一步到第七步，改变靶标位置，采集N张靶标图像对采集的N张图像重复上述操作，得到2N个光平面上的特征点，由此进行拟合，通过优化目标函数，确定光平面方程系数，确定光平面方程，完成标定。