線結構光傳感器標定方法技術

本發明專利技術涉及線結構光傳感器技術領域，公開了一種線結構光傳感器標定方法。其包括：通過待標定的線結構光傳感器采集N個3D靶標圖像；其中，各3D靶標圖像中均包含有大于或等于第一預設數目的非共面特征點及2條結構光條紋，結構光條紋中包含有大于或等于第二預設數目的非共面特征點；在N個3D靶標圖像中選取第一預設數目的非共面特征點；根據選取的第一預設數目的非共面特征點對攝像機進行標定；在N個3D靶標圖像的結構光條紋中選取第二預設數目的非共面特征點；根據選取的第二預設數目的非共面特征點及攝像機的標定結果完成線結構光平面的標定。使得線結構光傳感器中的攝像機以及結構光平面實現聯合標定，有利于提高標定精度、簡化標定過程。

Calibration method of line structured light sensor

The invention relates to the technical field of line structured light sensors, and discloses a line structured optical sensor calibration method. It includes: through calibrating line structured light sensor N 3D target image; among them, the 3D target image contains non coplanar feature points is equal to or greater than the first preset number and 2 light stripe structured light stripe structure, contains more than or equal to second preset number of non coplanar feature points; select the first preset number of non coplanar feature points in N 3D target image; according to the first preset number of non coplanar feature points for camera calibration; select second preset number of non coplanar feature points in the structured light stripe N 3D target image; calibration of structured light plane calibration according to the the non coplanar feature points and the camera selected second preset number of. The joint calibration of the camera in the line structured light sensor and the optical plane of the structure is helpful to improve the calibration accuracy and simplify the calibration process.

【技術實現步驟摘要】
線結構光傳感器標定方法
本專利技術涉及線結構光傳感器
，特別涉及一種線結構光傳感器標定方法。
技術介紹
線結構光傳感器的標定是型面數字化，外形檢測不可缺少的工具，準確的標定線結構光參數是進行精確測量的前提。結構光方法是一種主動式光學測量技術，其基本原理是由結構光投射器向被測物體表面投射可控制的光點、光條或光面結構，并由圖像傳感器(如攝像機)獲得圖像，通過系統幾何關系，利用三角原理計算得到物體的三維坐標。線結構光發生裝置包括：激光投射器以及攝像機。線結構光的數學模型：1、攝像機的透視投影模型2、結構光光平面方程。需要標定的內容：攝像機內參(相機焦距、主點、畸變系數)，線結構光傳感器結構參數(光平面方程)。主要指結構參數的標定，即光平面相對攝像機的位置。眾所周知，機器人在使用線結構光傳感器前都必須有兩個標定過程：線結構光傳感器標定、手眼關系標定。手眼關系標定是為了計算空間中傳感器系統和機器人系統之間的相互關系的過程；線結構光傳感器標定是為了計算空間中傳感器內部本身攝像機和結構光平面兩者之間的相互關系的過程，其中標定方法中有2個重要的組成部分，一個是標定算法，一個是輔助的標定靶標。近些年來線激光傳感器標定方法越來越多，無論是標定算法還是輔助的標定裝置都有很大的提升。但是無論是哪一種標定方法或多或少都有自身設計的缺陷，比如攝像機系統、結構光平面分開標定，標定精度差，需要外部的工裝平臺進行輔助，需要部分的人工參與，標定過程繁瑣等問題。本專利技術的專利技術人在實現本專利技術的過程中發現：現有技術所給出的線結構光傳感器的標定方法中攝像機和結構光平面的標定通常是分開進行的，該種標定方法的標定精度不高、且標定過程繁瑣。
技術實現思路
本專利技術實施方式的目的在于提供一種線結構光傳感器標定方法，使得線結構光傳感器中的攝像機以及結構光平面實現聯合標定，有利于提高標定精度、簡化標定過程。為解決上述技術問題，本專利技術的實施方式提供了一種線結構光傳感器標定方法，包括：通過待標定的線結構光傳感器采集N個3D靶標圖像；其中，各3D靶標圖像中均包含有大于或者等于第一預設數目的非共面特征點以及2條結構光條紋，其中，所述結構光條紋中包含有大于或者等于第二預設數目的非共面特征點，所述N為正整數；在所述N個3D靶標圖像中選取第一預設數目的非共面特征點；根據選取的第一預設數目的非共面特征點對攝像機進行標定；在所述N個3D靶標圖像的結構光條紋中選取第二預設數目的非共面特征點；根據選取的第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果完成線結構光平面的標定。本專利技術實施方式相對于現有技術而言，可以根據在N個3D靶標圖像中選取的第一預設數目的非共面特征點，對攝像機進行標定。并且可以根據在N個3D靶標圖像的結構光條紋中選取的第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果，實現線結構光平面的標定。因此，本實施方式使得線結構光傳感器中的攝像機和結構光平面能夠實現聯合標定，有利于提高標定精度、簡化標定過程。另外，根據選取的第一預設數目的非共面特征點對攝像機進行標定，具體包括：通過對第一預設數目的非共面特征點，求解立體靶標坐標系與圖像像素坐標系之間的單應矩陣對攝像機進行標定。本專利技術實施方式，為攝像機的標定提供了可行性。另外，根據選取的第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果完成線結構光平面的標定，具體包括：通過利用第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果計算得到線結構光平面上的特征點在攝像機坐標系下的坐標，建立線結構光平面線性方程，并利用最小二乘法，完成線結構光平面方程的標定。本專利技術實施方式，使得線結構光平面的標定更方便可行。另外，通過待標定的線結構光傳感器采集N個3D靶標圖像中，各3D靶標圖像的采集角度不同。這樣，可以提高線結構光傳感器的標定的可靠性。附圖說明圖1是根據本專利技術第一實施方式的線結構光傳感器標定方法的流程圖；圖2是根據本專利技術第一實施方式中的線結構光傳感器模型的幾何關系示意圖；圖3是根據本專利技術第二實施方式的線結構光傳感器標定方法的流程圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本專利技術各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請所要求保護的技術方案。本專利技術的第一實施方式涉及一種線結構光傳感器標定方法，如圖1所示，包括：步驟101：通過待標定的線結構光傳感器采集N個3D靶標圖像。其中，各3D靶標圖像中均包含有大于或者等于第一預設數目的非共面特征點以及2條結構光條紋，其中，2條結構光條紋中包含有大于或者等于第二預設數目的非共面特征點。拍攝的3D靶標圖像數目N為正整數，采集適當數目的3D靶標圖像有利于提高標定效率、提高標定精度，在一個例子中，N可以在[6，9]之間取值，例如N等于6。本專利技術實施方式中，通過待標定的線結構光傳感器采集的N個3D靶標圖像中，各3D靶標圖像的采集角度可以不同，例如可以在不同的位姿下采集3D靶標圖像。由于不同位姿下采集的3D靶標圖像的角度不同，這樣，采集到的不同角度的3D靶標圖像不會受限于某一位姿下的景深與特定位置，從而可以提高線結構光傳感器標定的可靠性。步驟102：在N個3D靶標圖像中選取第一預設數目的非共面特征點。其中，第一預設數目由攝像機標定算法的數學模型決定，結合本實施方式攝像機標定算法(見下文)，第一預設數目為6。步驟103：根據選取的第一預設數目的非共面特征點對攝像機進行標定。具體地說，通過對所選取的第一預設數目的非共面特征點，求解立體靶標坐標系與圖像像素坐標系之間的單應矩陣對攝像機進行標定。步驟104：在N個3D靶標圖像的結構光條紋中選取第二預設數目的非共面特征點。其中，第二預設數目可以為5。步驟105：根據選取的第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果完成線結構光平面的標定。具體地說，通過利用第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果計算得到線結構光平面上的特征點在攝像機坐標系下的坐標，建立線結構光平面線性方程，并利用最小二乘法，完成線結構光平面方程的標定。下面結合圖2，對本實施方式的標定算法進行詳細說明如下：圖2為線結構光傳感器模型的幾何關系示意圖，在圖2中，Owxwywzw為全局坐標系，Ouxuyu為圖像坐標系，Ocxcyczc為攝像機坐標系，如圖2所示，線結構光傳感器模型包括攝像機201、圖像平面202、線結構光傳感器203、結構光發射器204、結構光平面205以及被測工件206。設結構光平面205上有一點P，在圖像坐標系下的投影為p，其在圖像坐標系下的的齊次坐標為在全局坐標系下的齊次坐標為根據攝像機針孔成像模型可得：其中，κ為比例常數；[Rt]為攝像機的外參數矩陣，描述全局坐標系到攝像機坐標系的旋轉矩陣和平移矢量；為攝像機的內參數矩陣，其中(u0,v0)表示圖像主點的像素坐標,fx、fy分別表示X、Y軸向的等效焦距，γ表示成像平面傾斜因子；M為攝像機的投影矩陣。同時，點P為結構光平面上的點，滿足結構光平面方程。設P點的像素值為(u,v)，結構光平面在攝像機坐標系下的方程為：Alxc+Blyc+Clzc本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種線結構光傳感器標定方法，其特征在于，包括：通過待標定的線結構光傳感器采集N個3D靶標圖像；其中，各3D靶標圖像中均包含有大于或者等于第一預設數目的非共面特征點以及2條結構光條紋，其中，所述結構光條紋中包含有大于或者等于第二預設數目的非共面特征點，所述N為正整數；在所述N個3D靶標圖像中選取第一預設數目的非共面特征點；根據選取的第一預設數目的非共面特征點對攝像機進行標定；在所述N個3D靶標圖像的結構光條紋中選取第二預設數目的非共面特征點；根據選取的第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果完成線結構光平面的標定。

【技術特征摘要】
1.一種線結構光傳感器標定方法，其特征在于，包括：通過待標定的線結構光傳感器采集N個3D靶標圖像；其中，各3D靶標圖像中均包含有大于或者等于第一預設數目的非共面特征點以及2條結構光條紋，其中，所述結構光條紋中包含有大于或者等于第二預設數目的非共面特征點，所述N為正整數；在所述N個3D靶標圖像中選取第一預設數目的非共面特征點；根據選取的第一預設數目的非共面特征點對攝像機進行標定；在所述N個3D靶標圖像的結構光條紋中選取第二預設數目的非共面特征點；根據選取的第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果完成線結構光平面的標定。2.根據權利要求1所述的線結構光傳感器標定方法，其特征在于，所述根據選取的第一預設數目的非共面特征點對攝像機進行標定，具體包括：通過對所述第一預設數目的非共面特征點，求解立體靶標坐標系與圖像像素坐標系之間的單應矩陣對攝像機進行標定。3.根據權利要求2所述的線結構光傳感器標定方法，其特征在于，所述第一預設數目為6。4.根據權利要求1所述的線結構光傳感器標定方法，其特征在于，所述根據選取的第二預設數目的非共面特征點以及攝像機的標定結果完成線結構光平面的標定，具體包括：通過利用第二預設數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：湯宜軍，張慧，陸娜，
申請(專利權)人：上海新時達電氣股份有限公司，上海新時達機器人有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31