一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法，首先选择两个有效焦距为f1和f2的镜头，利用摄像机对平面靶标进行拍摄并提取特征点坐标，根据变焦距法计算出图像的主点坐标；然后以焦距f1的镜头作为系统的镜头，对其获得的平面靶标上的特征点坐标，根据Tsai两步法，标定出摄像机的内参数与外参数；其次通过改变振镜控制电压与驱动一维平移台移动，获取不同深度方向与不同光平面下的线激光条纹，通过平面拟合并求交线等运算得到靶标坐标系与世界坐标系的转化关系；最后把系统模型下的坐标均统一到图像像素坐标系与世界坐标系下，完成整个系统的标定。该方法具有标定过程简单，标定精度高、标定速度快等优点。

Integral calibration method of galvanometer lens type linear laser scanning three-dimensional measuring system

The invention discloses a calibration method of the whole measurement system for 3-D galvanometric laser scanning line, first select two effective focal length of F1 and F2 on the planar target shooting lens, and extract the feature point coordinates of the camera, the main points of the image coordinates calculated according to the zoom method; then the focal length lens F1 as a system of lenses, coordinates of the feature points on the planar target, according to the Tsai two step method, the calibration parameters and external parameters of the camera; secondly the change of galvanometer control and driving voltage of the mobile one-dimensional translation platform, the line laser stripe cannot obtain the same depth direction and different plane, by plane fitting and find the intersection operation into the relationship between the target coordinate system and world coordinate system; finally, the coordinate system model are unified to the image pixel coordinate system and the world coordinate system Complete the calibration of the whole system. This method has the advantages of simple calibration process, high calibration accuracy and fast calibration speed.

【技术实现步骤摘要】
一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法
本专利技术属于光学三维扫描系统标定
，具体涉及一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法。
技术介绍
随着现代精密测量技术的进步，三维测量技术得到了飞速的发展，并被广泛的运用于产品设计、质量控制、逆向工程、生物医疗等诸多领域。由于接触式三维测量的测量速度慢，成本高，测量范围小且易对被测物体表面产生划伤等局限性，近年来，非接触三维测量技术得到了快速发展及广泛应用。其中，基于激光三角法的三维激光扫描测量技术，由于测量精度高、范围广且易于实现智能化集成，成为当下研究的热点。目前，基于激光三角法的三维形貌测量装置多采用机械扫描法，需要利用机械扫描平台如旋转平台和平移平台对物体表面进行扫描测量，使得整个系统结构庞大，扫描速度较慢，限制了其在工业中的应用。振镜式线激光扫描系统利用高精度的振镜代替传统的机械扫描平台，精简了系统的结构；利用振镜的偏转改变线激光出射方向对物体进行主动式扫描测量，扫描速度快，测量范围大，且振镜扫描系统定位精度及重复精度高，分辨率小，能够对被测物体进行高精度的测量。然而，关于振镜扫描测量系统的标定方法较少、且标定方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法，其特征在于，包括如下步骤：1)选择两个有效焦距不同的镜头，利用变焦距法的原理通过最小二乘拟合标定出图像的主点坐标；2)利用求出的主点坐标，结合Tsai的两步法对摄像机镜头进行标定；3)驱动一维精密运动平台与振镜系统，获得不同位置与不同角度的激光线条纹，利用条纹数据的图像坐标与世界坐标完成光平面的标定，实现整个系统的标定。

【技术特征摘要】
1.一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法，其特征在于，包括如下步骤：1)选择两个有效焦距不同的镜头，利用变焦距法的原理通过最小二乘拟合标定出图像的主点坐标；2)利用求出的主点坐标，结合Tsai的两步法对摄像机镜头进行标定；3)驱动一维精密运动平台与振镜系统，获得不同位置与不同角度的激光线条纹，利用条纹数据的图像坐标与世界坐标完成光平面的标定，实现整个系统的标定。2.根据权利要求1所述的一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法，其特征在于，步骤2)中，利用Tsai提出的基于径向约束的摄像机标定法分两步标定出摄像机的有效焦距f，二阶径向畸变系数k1，摄像机坐标系与靶标坐标系的变换矩阵R和T。3.根据权利要求2所述的一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法，其特征在于，步骤3)中，根据系统的数学模型，以摄像机镜头的光心为原点建立摄像机坐标系OC-XCYCZC，图像左上角为原点建立图像像素坐标系O0-uv，以摄像机光心与成像平面交点为原点建立图像物理坐标系O1-XY，以平面棋盘格左上角角点为原点建立靶标坐标系OB-XBYBZB，以振镜的转轴方向为YW轴，YW轴与靶标坐标系OBXBZB平面的交点作为原点OW，当振镜控制电压为U0时，激光平面的法线方向为XW轴建立世界坐标OW-XWYWZW，系统标定的过程实质上是计算这五个坐标系映射关系的过程。4.根据权利要求3所述的一种振镜式线激光扫描三维测量系统的整体标定方法，其特征在于，步骤3)中，在世界坐标系下，建立振镜控制电压与光平面方程的对应关系，其关系式为：XWcos(2α(U1-U0))...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树明，杨林林，杨新宇，薛兴昌，张国锋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61