双相机线结构光测量系统优化方法及终端设备技术方案

本发明专利技术提供了一种双相机线结构光测量系统优化方法及终端设备，该方法应用于双相机线结构光测量系统，包括：确定左相机和右相机的内外参数、左相机与右相机之间的转换矩阵、以及激光平面方程，完成了二维激光条纹中心像素点到三维空间数据点的转换；在单相机坐标系下定义了一个运动坐标系，将左右两个相机采集的数据点统一转换到运动坐标下进行数据处理，得到了凸台样件特征点的运动坐标；根据左相机确定的凸台样件特征点的运动坐标与右相机确定的凸台样件的特征点的运动坐标之间的误差，对左相机与右相机之间的转换矩阵进行优化。本发明专利技术有效提高了种双相机线结构光测量系统的测量精度。

Optimization method and terminal equipment of structured light measurement system for dual camera line

【技术实现步骤摘要】
双相机线结构光测量系统优化方法及终端设备
本专利技术属于计算机视觉测量
，更具体地说，是涉及一种双相机线结构光测量系统优化方法及终端设备。
技术介绍
视觉测量相对于传统的测量方法，有着非接触、效率高、精度好等优点，在工业领域中，能够有效解决工人短缺、成本费用高等问题。机器视觉测量实际上是三维空间物体向二维空间映射的一个过程，映射的过程中，由于单目视觉测量的视场比较小，对于一些表面存在遮挡的被测物体，单目视觉测量并不能完成被测物体整体的测量，会造成数据点的缺失。因此，通过双相机结合的方法来对被测物体进行测量，然后将测量的数据转换到同一坐标系中组合成完整的三维数据模型即三维数据拼接，有效的解决了单目视觉测量过程中因为被测物体本身遮挡导致数据缺失的问题，所以在数据拼接后，如何提高双相机数据点拼接的精度，具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双相机线结构光测量系统优化方法及终端设备，以提高双相机线结构光测量系统的测量精度。本专利技术实施例的第一方面，提供了一种双相机线结构光测量系统优化方法，所述方法应用于双相机线结构光测量系统，所述双相机线结构光测量系统包括激光器、左相机、右相机、标定板、凸台样件；所述方法包括：S101：获取左相机和右相机采集的标定板的图像，并基于标定板的图像确定左相机和右相机的内外参数、左相机与右相机之间的转换矩阵、以及激光平面方程；S102：获取左相机和右相机采集的凸台样件的图像，基于凸台样件的图像确定凸台样件的各个数据点的二维坐标，并基于左相机和右相机的内外参数、以及激光平面方程将凸台样件各个数据点的二维坐标转换为三维坐标；S103：基于单相机坐标定义运动坐标系，基于左相机与右相机之间的转换矩阵将凸台样件各个数据点的三维坐标转换为在运动坐标系下的运动坐标，并根据凸台样件各个数据点的运动坐标确定凸台样件各个特征点的运动坐标；其中，单相机为左相机或右相机；S104：对左相机采集的凸台样件各个特征点的运动坐标和右相机采集的凸台样件各个特征点的运动坐标进行比较；若对于同一个特征点，左相机采集的该特征点的运动坐标与右相机采集的该特征点的运动坐标之间的误差大于预设误差，则基于预设目标函数对左相机和右相机之间的转换矩阵进行优化。本专利技术实施例的第二方面，提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的双相机线结构光测量系统优化方法的步骤。本专利技术实施例的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的双相机线结构光测量系统优化方法的步骤。本专利技术实施例提供的双相机线结构光测量系统优化方法及终端设备的有益效果在于：首先，相对于现有技术中使用平面参考物作为匹配误差的计算载体的方案，本专利技术实施例将凸台样件上的特征点坐标作为匹配误差的计算载体，因此在凸台样件的特征点的计算过程中结合了更多维度的测量信息，使得本专利技术实施例计算得到的双相机的匹配误差也更加的准确；其次，本专利技术实施例定义了运动坐标系，将左右相机的数据点统一到运动坐标系下进行计算，解决了凸台样件的特征点的匹配误差计算问题；最后，本专利技术实施例基于更加准确的匹配误差对左右相机的转换矩阵进行了优化，有效提升了双相机线结构光测量系统的测量精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的附图。图1为本专利技术一实施例提供的双相机线结构光测量系统优化方法的流程示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的双相机线结构光测量系统优化方法的流程示意图；图3为本专利技术再一实施例提供的双相机线结构光测量系统优化方法的流程示意图；图4为本专利技术又一实施例提供的双相机线结构光测量系统优化方法的流程示意图；图5为本专利技术又一实施例提供的双相机线结构光测量系统优化方法的流程示意图；图6为本专利技术又一实施例提供的双相机线结构光测量系统优化方法的流程示意图；图7为本专利技术一实施例提供的终端设备的示意框图；图8为本专利技术一实施例提供的双相机线结构光测量系统的结构示意图；图9为本专利技术一实施例提供的凸台样件的结构示意图；图10为本专利技术一实施例提供的凸台样件在运动坐标系的投影示意图。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参考图1，图1为本专利技术一实施例提供的双相机线结构光测量系统优化方法的流程示意图，该方法应用于双相机线结构光测量系统，该双相机线结构光测量系统可以包括激光器、左相机、右相机、标定板、凸台样件。在本实施例中，可参考图8以及图9，图8为本专利技术一实施例提供的双相机线结构光测量系统的结构示意图。图8中，1为相机支架、2为左相机、3为激光器、4为右相机，5为凸台样件，6为运动平台，7为步进电机。在本实施例中，左相机、右相机、激光器基于激光三角原理固定，凸台样件或者标准板固定在运动平台上，步进电机可以带动运动平台按照指定方向运动。在本实施例中，若对双相机进行标定，则将标定板固定在运动平台上。若对双相机线结构光测量系统进行测量精度的优化，在对双相机进行标定后，将凸台样件固定在运动平台上，进行双相机匹配误差的计算以及测量系统的优化。其中，双相机包括左相机和右相机。图9中，凸台样件的顶端由五个平面组成，此五个平面中的顶面与物体底面平行，其余四个平面均与所述顶面相交，得到四个相交点，此四个相交点也即本专利技术实施例的凸台样件的特征点。其中，图8仅为双相机线结构光测量系统的一种示例，本专利技术提供的双相机线结构光测量系统优化方法的应用范围并不限于图8所描述的结构。图9仅为凸台样件的一种示例性结构，本专利技术提供的双相机线结构光测量系统优化方法所使用的凸台样件并不限于此结构。双相机线结构光测量系统优化方法包括：S101：获取左相机和右相机采集的标定板的图像，并基于标定板的图像确定左相机和右相机的内外参数、左相机与右相机之间的转换矩阵、以及激光平面方程。在本实施例中，可采用张正友标定法对左相机和右相机进行标定，在左相机和右相机已标定的基础上，结合激光器，确定激光平面方程。其中，本专利技术实施例中相机的标定包括：标定左相机和右相机的内外参数、以及标定左相机和右相机之间的转换矩阵。S102：获取左相机和右相机采集的凸台样件的图像，基于凸台样件的图像确定凸台样件的各个数据点的二维坐标，并基于左相机和右相机的内外参数、以及激光平面方程将凸台样件各个数据点的二维坐标转换为三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双相机线结构光测量系统优化方法，其特征在于，所述方法应用于双相机线结构光测量系统，所述双相机线结构光测量系统包括激光器、左相机、右相机、标定板、凸台样件；所述方法包括：/nS101：获取左相机和右相机采集的标定板的图像，并基于标定板的图像确定左相机和右相机的内外参数、左相机与右相机之间的转换矩阵、以及激光平面方程；/nS102：获取左相机和右相机采集的凸台样件的图像，基于凸台样件的图像确定凸台样件的各个数据点的二维坐标，并基于左相机和右相机的内外参数、以及激光平面方程将凸台样件各个数据点的二维坐标转换为三维坐标；/nS103：基于单相机坐标定义运动坐标系，基于左相机与右相机之间的转换矩阵将凸台样件各个数据点的三维坐标转换为在运动坐标系下的运动坐标，并根据凸台样件各个数据点的运动坐标确定凸台样件各个特征点的运动坐标；其中，单相机为左相机或右相机；/nS104：对左相机采集的凸台样件各个特征点的运动坐标和右相机采集的凸台样件各个特征点的运动坐标进行比较；若对于同一个特征点，左相机采集的该特征点的运动坐标与右相机采集的该特征点的运动坐标之间的误差大于预设误差，则基于预设目标函数对左相机和右相机之间的转换矩阵进行优化。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双相机线结构光测量系统优化方法，其特征在于，所述方法应用于双相机线结构光测量系统，所述双相机线结构光测量系统包括激光器、左相机、右相机、标定板、凸台样件；所述方法包括：
S101：获取左相机和右相机采集的标定板的图像，并基于标定板的图像确定左相机和右相机的内外参数、左相机与右相机之间的转换矩阵、以及激光平面方程；
S102：获取左相机和右相机采集的凸台样件的图像，基于凸台样件的图像确定凸台样件的各个数据点的二维坐标，并基于左相机和右相机的内外参数、以及激光平面方程将凸台样件各个数据点的二维坐标转换为三维坐标；
S103：基于单相机坐标定义运动坐标系，基于左相机与右相机之间的转换矩阵将凸台样件各个数据点的三维坐标转换为在运动坐标系下的运动坐标，并根据凸台样件各个数据点的运动坐标确定凸台样件各个特征点的运动坐标；其中，单相机为左相机或右相机；
S104：对左相机采集的凸台样件各个特征点的运动坐标和右相机采集的凸台样件各个特征点的运动坐标进行比较；若对于同一个特征点，左相机采集的该特征点的运动坐标与右相机采集的该特征点的运动坐标之间的误差大于预设误差，则基于预设目标函数对左相机和右相机之间的转换矩阵进行优化。


2.如权利要求1所述的双相机线结构光测量系统优化方法，其特征在于，步骤S101包括：
S201：获取左相机和右相机采集的标定板的不同位姿的图像，并基于标定板的不同位姿的图像标定左相机和右相机的内外参数、以及左相机和右相机之间的转换矩阵；
S202：通过激光器在标定板上投射激光条纹，获取左相机或右相机采集的标定板位于不同高度时的投射条纹图像，并基于标定板位于不同高度时的投射条纹图像确定激光平面方程。


3.如权利要求2所述的双相机线结构光测量系统优化方法，其特征在于，若使用左相机和标定板确定激光平面方程，则步骤S202包括：
S301：通过激光器在标定板上投射激光条纹，并获取左相机采集的标定板位于多个预设高度时的投射条纹图像；其中，多个预设高度包括第一高度、第二高度、第三高度；
S302：对于标定板位于某一高度时的投射条纹图像，根据标定板位于该高度时的投射条纹图像、以及像素坐标和左相机坐标之间的转换关系确定标定板上的激光条纹中心在左相机坐标系下的坐标；其中，像素坐标和左相机坐标之间的转换关系通过对左相机标定得到；
S303：根据步骤S302分别确定标定板位于第一高度、第二高度、第三高度时激光条纹中心在左相机坐标系下的坐标，得到第一坐标、第二坐标、第三坐标，并根据第一坐标、第二坐标、第三坐标确定激光平面方程。


4.如权利要求1所述的双相机线结构光测量系统优化方法，其特征在于，所述基于单相机坐标定义运动坐标系包括：
S401：获取标定板在第一位置点时，标定板上的各个圆心在单相机坐标系下的坐标，得到第一坐标集；获取标定板在第二位置点时，标定板上的各个圆心在单相机坐标系下的坐标，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：周京博，李玥华，毛庆伟，潘来胜，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北;13