[发明专利]一种基于棋盘靶标的线结构光标定方法

摘要

本发明公开了一种基于棋盘靶标的线结构光标定方法，对相机进行标定，获取相机内参矩阵畸变系数D及相机外参数旋转矩阵Rcw与平移向量Tcw；对获取的光条图像进行消除相机畸变处理；对已消除相机畸变的图像上的光条中心的特征点Q′进行提取，获得该点在像素坐标系下的齐次坐标(u,v,1)‑1；根据特征点Q′在像素坐标系下的坐标(u,v,1)‑1计算Q投影在归一化图像平面上的投影点Q″在相机坐标系下的坐标；投影点Q″与原点之间两点联立成直线，获得相机坐标系下的直线方程；联立平面方程与直线方程计算特征点Q在相机坐标系下的坐标：获得光条上所有特征点在相机坐标系下的坐标；用获得的特征点坐标拟合光平面方程。本发明能够同时提取光条上所有的特征点，实现对光条上所有特征点进行标定。

主权项

1.一种基于棋盘靶标的线结构光标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，采用张正友标定方法对相机进行标定，获取相机内参矩阵其中，c_x、c_y表示相机光圈中心，f_y、f_x表示相机在x轴和y轴上的焦距、畸变系数D以及相机外参数包括旋转矩阵R_cw与平移向量T_cw；步骤2，打开线结构光传感器光源使其投射在棋盘靶标平面上并保证形成的光条与棋盘格不相交，利用相机更换棋盘靶标的位姿进行拍摄，获取至少2张以上不同位姿下的同一光平面的光条图像；步骤3，通过步骤1得到的畸变系数D对获取的光条图像进行消除相机畸变处理；步骤4，基于灰度重心法对已消除相机畸变的图像上的光条中心的特征点Q′进行提取，获得该点在像素坐标系下的齐次坐标(u,v,1)^‑1；步骤5，根据特征点Q′在像素坐标系下的坐标(u,v,1)^‑1计算实际点Q投影在归一化图像平面上的投影点Q″在相机坐标系下的坐标，Q″在相机坐标系下的坐标为(x_n,y_n,1)^‑1，Q和投影点Q″二者之间关系为：其中，x_n,y_n,表示Q″投影点在相机坐标系下的坐标值，u.v是Q′在像素坐标系下的坐标；步骤6，投影点Q″与原点之间两点联立成直线，获得在相机坐标系下的该直线的方程：其中，x_c、y_c、z_c表示Q″在相机坐标系下的坐标值，而x_n、y_n表示Q″在归一化图像坐标系下的坐标值；步骤7，世界坐标系O_wX_wY_wZ_w建立在棋盘靶标左上角的角点，则棋盘靶标在世界坐标系下的平面方程为z_w＝0，而世界坐标系与相机坐标系之间的转换关系由步骤1获取的旋转矩阵R_cw与平移向量T_cw表示，这里用齐次坐标表达如下：根据上式可得，棋盘靶标在相机坐标系下的平面方程为简化表达式，在相机坐标系下的棋盘靶标平面方程：ax_c+by_c+cz_c+d＝0联立棋盘靶标平面方程与直线方程计算特征点Q在相机坐标系下的坐标：其中，a、b、c表示相机坐标系下棋盘靶标平面方程的系数；步骤8，重复上述步骤5到步骤7获得光条上所有特征点在相机坐标系下的坐标；步骤9，基于最小二乘法，用步骤8获得的特征点坐标拟合光平面方程。