一种圆结构光的标定方法技术

本发明专利技术公开了一种圆结构光的标定方法，包括：将标定板与待标定的圆结构光锥面相交放置，使标定板上出现圆结构光锥面与标定板相交的结构光曲线；在保持标定板与待标定的圆结构光锥面相交的基础上，移动标定板并拍摄N副相应的结构光曲线图片；利用标定板中的标志点标定相机的内参，以及相机相对于每副结构光曲线图片的外参，从而求解每一副结构光曲线图片对应的光曲线离散点坐标；利用所有光曲线离散点坐标进行非线性拟合，获得圆结构光锥面方程，从而求解出待标定的圆结构光锥面的各个参数。该方法所涉及的器件结构简单、易于实现，且成本也较低。

【技术实现步骤摘要】
一种圆结构光的标定方法
本专利技术涉及摄影测量领域，尤其涉及一种圆结构光的标定方法。
技术介绍
基于圆结构光检测系统在场景重建、内壁损伤检测和工业测量等领域有着广泛应用，其中一个关键技术问题是结构光的标定，即确定在世界坐标系中圆结构光锥面的表达方程就极其重要。目前主要使用如下方案进行结构光的标定：1、张广军等人使用拉丝法标定出线结构光。用细线与线结构光面相交产生亮点，由两个电经纬仪确定亮点的三维位置，利用这些亮点位置拟合出线结构光面方程。这种方法需要精密测量装置电经纬仪，装置成本高，而且拉丝法产生的亮点很难做的很多，实验操作复杂。2、张广军等人同时也提出其他结构光标定方法，不过也都是线结构光的标定。3、Zhang和Zhuang等人标定出圆结构光方程通过比较测量标准圆环的测量值和参考值。该方法需要额外的标准件环规，提高了实验装置成本。而且要求环规中心线与圆结构光中心线绝对重合，实验操作难度大。4、Albertazzi等也同样采用了标准圆筒沿着精准轴线运动来标定出圆结构光方程，也有着同样的弊端。Wang使用同心圆标定板基于交比不变性标定检测器，该方法需要标定板沿着圆结构光轴线精密移动，操作难度高，需要精密移动装置。5、Wakayama等标定出检测器参数通过精密的加工装配，而且该方法并未考虑装配误差，但是装配误差常常不得不考虑。6、Zhu等人利用辅助相机成功标定出圆结构光参数，该方法操作方便，但该方法需要额外的辅助相机，增加了实验成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种圆结构光的标定方法，所涉及的器件结构简单、易于实现，且成本也较低。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种圆结构光的标定方法，包括：将标定板与待标定的圆结构光锥面相交放置，使标定板上出现圆结构光锥面与标定板相交的结构光曲线；在保持标定板与待标定的圆结构光锥面相交的基础上，移动标定板并拍摄N副相应的结构光曲线图片；利用标定板中的标志点标定相机的内参，以及相机相对于每副结构光曲线图片的外参，从而求解每一副结构光曲线图片对应的光曲线离散点坐标；利用所有光曲线离散点坐标进行非线性拟合，获得圆结构光锥面方程，从而求解出待标定的圆结构光锥面的各个参数。求解每一副结构光曲线图片对应的光曲线离散点坐标的过程如下：利用标定的每副结构光曲线图片的外参推出相应结构光曲线图片中标定板的平面方程；利用相机投射模型与相机的内参确定相应的投射直线方程；结合标定板的平面方程与投射方程求解出每一副结构光曲线图片对应的光曲线离散点坐标。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，在保持标定板与待标定的圆结构光锥面相交的基础上，标定板可以随意移动，操作简单，不需要精密位移装置，而且所涉及的器件及结构并不复杂，易于实现；此外，由于不需要精密环规等精密器件或电经纬仪、辅助相机等额外装置，实现整个方案所需的实验成本也较低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的实现圆结构光的标定方法的原理示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种圆结构光的标定方法的流程图；图3为本专利技术实施例提供的标定板的示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种圆结构光的标定方法，其原理可以参见图1，该方法的整体思路是：将标定板与圆结构光锥面相交放置。此时，标定板上会出现圆结构光锥面与标定板相交的结构光曲线。相机拍下标定板及相交结构光曲线的图片，随意移动标定板(只需保证标定板与圆结构光相交)，拍取图片。重复操作，拍取N幅以上图片。利用标定板的标志点即可标定出相机内参和各个图片的外参，利用标定得到的外参即可推出每张图片对应的标定板的平面方程。利用标定出的内参和相机投射模型，即可过光心与CCD上结构光曲线所占像素投射出射线，该射线方程与标定板平面方程联立，即可求出结构光曲线离散点的空间三维位置(因为由相机像素采样离散而造成不是连续的曲线)。有N幅以上的图片，即有N条以上属于该圆结构光锥面的曲线离散点。利用非线性拟合方法拟合出三维圆结构光锥面方程，从而可以求解圆结构光锥面的各个参数，完成标定。如图2所示，为本专利技术实施例提供一种圆结构光的标定方法的流程图，其原理如图1所示，激光器产生激光束由角锥透镜的折射形成圆结构光，该光面为圆锥面，也就是待标定的圆结构光锥面；主要标定过程如下：步骤1、将标定板与待标定的圆结构光锥面相交放置，使标定板上出现圆结构光锥面与标定板相交的结构光曲线。本专利技术实施例中，为了便于标定板与待标定的圆结构光锥面相交放置，设计图3标定板样式，其左半部分空白，右半部分带有按照一定规则排列的标志点，该标定板样式可以用A4纸打印出来并贴在玻璃平板上形成标定板。在实际操作时，将圆结构光锥面与标定板左侧空白处相交，不与右侧有标志点的部分相交。该圆结构光锥面照射在标定板平面上产生一条明亮的结构光曲线，这样避免结构光曲线与标定板标志点相互干扰，有利于提取。步骤2、在保持标定板与待标定的圆结构光锥面相交的基础上，移动标定板并拍摄N副相应的结构光曲线图片。通常情况下，3幅以上的图片即可完成标定，本实施例可以取6幅以上图片来完成标定，以提高标定精度。步骤3、利用标定板中的标志点标定相机的内参，以及相机相对于每副结构光曲线图片的外参，从而求解每一副结构光曲线图片对应的光曲线离散点坐标。由于利用拍得图片各标志点之间距离是已知的，例如如果采用图3所示的标志板样式，则右半部分的各标志点之间距离是已知的。通过张正友标定算法就可以标定出相机的内参以及相机相对于每个图片的外参。利用标定的每副结构光曲线图片的外参可以推出相应结构光曲线图片中标定板的平面方程：aix+biy+ciz+1＝0；式中ai、bi、ci是平面方程的系数，可由张正友标定算法得到的外参推出，x、y、z是世界坐标，本实施例中将相机坐标选为世界坐标。每幅图片中结构光曲线对应所占的像素过光心投射与标定板相交，即可得到空间中离散的圆结构光曲线点。因此可利用相机投射模型与相机的内参确定相应的投射直线方程：式中，u、v是图像像素坐标，(Fx，Fy)与(Cx，Cy)为相机的内参，可以通过张正由标定算法得到，对应的表示相机等效焦距和主点位置，x、y、z是世界坐标，本实施例中将相机坐标选为世界坐标。结合标定板的平面方程与投射方程求解出每一副结构光曲线图片对应的结构光曲线离散点坐标。步骤4、利用所有光曲线离散点坐标进行非线性拟合，获得圆结构光锥面方程，从而求解出圆结构光锥面的各个参数。即可以将所有光曲线离散点用非线性拟合来拟合出下述圆锥曲面的各个参数，完成出圆结构光锥面的标定：式中，Δx、Δy、Δz是圆锥曲面的三个轴方向的偏移量，α是圆锥曲面的锥顶角，γ是圆锥曲面的俯仰角和偏航角，x、y、z是世界坐标，本实施例中将相机坐标选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆结构光的标定方法，其特征在于，包括：将标定板与待标定的圆结构光锥面相交放置，使标定板上出现圆结构光锥面与标定板相交的结构光曲线；在保持标定板与待标定的圆结构光锥面相交的基础上，移动标定板并拍摄N副相应的结构光曲线图片；利用标定板中的标志点标定相机的内参，以及相机相对于每副结构光曲线图片的外参，从而求解每一副结构光曲线图片对应的光曲线离散点坐标；利用所有光曲线离散点坐标进行非线性拟合，获得圆结构光锥面方程，从而求解出待标定的圆结构光锥面的各个参数。

【技术特征摘要】
1.一种圆结构光的标定方法，其特征在于，包括：将标定板与待标定的圆结构光锥面相交放置，使标定板上出现圆结构光锥面与标定板相交的结构光曲线；在保持标定板与待标定的圆结构光锥面相交的基础上，移动标定板并拍摄N副相应的结构光曲线图片；利用标定板中的标志点标定相机的内参，以及相机相对于每副结构光曲线图片的外参，从而求解每一副结构光曲线图片对应的光曲线离散点坐标；利用所有光曲线离散点坐标进行非线性拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪连坡，朱烨，翟超，顾永刚，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34