一种环形结构光参数标定方法技术

本发明专利技术提供一种环形结构光参数标定方法，包括：S10：辅助相机在多个位置上与系统相机组成双目测量系统，获得初步结构光参数；以及S20：利用标准环规内径测量结果对初步结构光参数进行优化。本发明专利技术的多位置辅助相机标定法在辅助相机标定法的基础上进行改进，继承了其标定操作简单的优点，扩展了标定实验中结构光的观测范围，排除了装置结构的干扰，提升了参数标定精度；同时在标定过程中加入结构光参数优化，使用测量装置对标准环规进行测量，利用内径测量结果对多位置辅助相机标定法的参数标定初步结果进行优化。

【技术实现步骤摘要】
一种环形结构光参数标定方法
本专利技术涉及环形结构光内壁测量
，特别涉及一种环形结构光参数标定方法。
技术介绍
随着制造业技术的进步，大量筒管型零件被加工应用于能源，化工，航天等领域，为满足特定的功能需要，其内壁往往包含凹槽，凸台，曲面，开孔等结构。这类零件形状和尺寸的加工精度对其最终的使用效果有着直接的影响，所以需要寻找一种可靠，高精度的套筒零件内壁三维形貌测量方法，测量仪器既要能够在狭窄的工作空间中进行测量，又要保证仪器的测量效率和测量精度。其中基于环形结构光的内壁三维测量形貌技术具有仪器结构简单、测量精度高、测量效率高等优点，且测量过程不易受到外界光源的干扰，得到了研究者们的广泛研究。该方法主要是通过激光器与锥反射镜组成结构光发生器生成环形结构光，结构光与待检测的内壁表面相交形成环形光条。装置中的相机对环形光条进行拍摄并提取图片中环形光条的中心点，利用激光三角法原理计算环形光条上点的空间坐标。位移机构带动测量装置对内壁全貌进行扫描测量，通过位移机构的运动定位，沿运动方向重构内壁面型。其中，结构光参数的标定精度直接影响着最终测量结果的准确性。对于环形结构光内壁测量装置，常见的标定方法为辅助相机标定法：辅助相机标定法使用一台额外的标定辅助相机与一平板进行标定，辅助相机与装置中的相机构成双目测量系统，平板摆放在任意几个位置，与结构光相交在表面产生光条。双目测量系统对光条进行拍摄，通过双目测量原理计算图片中光条中心点的空间坐标，拟合得到结构光参数。存在问题：由于结构光测量装置本身的结构易对双目测量造成干扰，结构光观测范围有限，影响结构光方程的标定精度。同时，双目测量自身的测量精度有限，影响结构光参数的标定精度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种环形结构光参数标定方法，以解决现有技术中存在的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种环形结构光参数标定方法，包括：S10：辅助相机在多个位置上与系统相机组成双目测量系统，获得初步结构光参数；以及S20：利用标准环规内径测量结果对初步结构光参数进行优化。优选地，辅助相机在多个位置上与系统相机组成双目测量系统，获得初步结构光参数包括：S101：确定多处辅助相机固定位置；S102：在每个确定的辅助相机固定位置上，利用形成的双目测量系统拍摄多组环形结构光与辅助平板相交形成的光条；S103：通过拍摄的多组光条，获取初步结构光参数。优选地，步骤S101中确定多处辅助相机固定位置，确保系统相机与辅助相机组成的双目测量系统且在该位置能够对结构光进行全范围观测。优选地，步骤S102包括：S1021：在其中一处确定的辅助相机固定位置上固定辅助相机，进行双目标定，确定双目测量系统的外参；S1022：摆放辅助平板，使其与环形结构光相交产生清晰的光条，且通过双目测量系统拍摄该光条；S1023：多次改变辅助平板的摆放位置以及摆放角度，测量多组辅助平板与环形结构光相交形成的光条；S1024：重复步骤S1021至S1023，完成在确定的多处辅助相机固定位置上对辅助平板与环形结构光形成的光条的拍摄。优选地，步骤S103包括：S1031：对获得的多组光条图片进行处理，计算光条的中心空间坐标；S1032：使用光条的中心空间坐标，通过最小二乘法拟合初步结构光参数。优选地，确定多处辅助相机固定位置之前还包括：S100：标定系统相机以及辅助相机的内参。优选地，步骤S20包括：S201：拍摄多组标准环规在测量装置的测量范围内的环形光条图片；S202：对每张环形光条图片，提取环形光条中心坐标，得到该张图片下环形光条中心点的像素坐标；S203：计算得到标准环规测量内径，将其与标准环规的标称内径一起，对结构光参数初步标定结果进行优化，得到最终结构光参数。优选地，步骤S201中，拍摄每组环形光条图片过程中，标准环规的摆放位置以及摆放角度不同。优选地，步骤S203中，像素坐标通过激光三角法计算环形光条中心点空间坐标，使用空间坐标拟合圆柱方程，得到各次测量的标准环规内径测量结果。优选得，步骤S203中，通过非线性优化方法对结构光参数初步标定结果进行优化。本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术的多位置辅助相机标定法在辅助相机标定法的基础上进行改进，继承了其标定操作简单的优点，扩展了标定实验中结构光的观测范围，排除了装置结构的干扰，提升了参数标定精度；同时在标定过程中加入结构光参数优化，使用测量装置对标准环规进行测量，利用内径测量结果对多位置辅助相机标定法的参数标定初步结果进行优化。参数优化操作中对标准环规摆放位置基本无特殊要求，操作简单快速，可与装置试运行同步进行，节约时间。能够修正多位置辅助相机标定过程中双目测量误差对结构光参数标定精度的影响，进一步提高参数标定精度；本专利技术使用的辅助相机、标准环规、平板等标定实验设备，易于获得，降低实验成本。附图说明图1是本专利技术的环形结构光测量装置的结构示意图；图2是本专利技术的环形结构光参数标定方法的流程框图；图3是本专利技术的辅助标定系统的结构示意图；图4是本专利技术的多位置辅助相机标定法的工作原理示意图；图5是本专利技术的多位置辅助相机标定法获得初步结构光参数步骤的流程框图；图6是本专利技术的在每个确定的辅助相机固定位置上，利用形成的双目测量系统拍摄多组环形结构光与辅助平板相交形成的光条过程的流程框图；图7是本专利技术的利用标准环规测量标准环规的工作原理图；图8是本专利技术的利用标准环规内径测量结果对初步结构光参数进行优化过程的流程框图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合具体实施例和附图对本专利技术进行进一步的描述。如图1所示，环形结构光测量装置10包括一环形结构光发生器102以及一系统相机101；环形结构光发生器102由激光器1021与锥反射镜1022共同组成，其布置在测量装置中系统相机101的正前方。激光器1021发射激光，经锥反射镜1022反射产生环形结构光103照射到被测内壁20之上，环形结构光103与被测内壁20相交形成环形光条；系统相机101拍摄该环形光条，提取环形光条中心点，结合待标定的结构光参数通过激光三角法原理，计算光条中心点空间坐标，完成被测内壁20的测量。其中结构光参数通过测量前的标定获得，参数标定结果的准确性将直接影响最终的测量精度。本专利技术提供一种环形结构光参数标定方法，精确的获得环形结构光参数，实现管道、筒形零件的内壁面形轮廓的高精度测量，从而提高该类零件的检测精度；如图2所示，该环形结构光参数标定方法包括：S10：多位置辅助相机标定法获得初步结构光参数；以及S20：利用标准环规内径测量结果对初步结构光参数进行优化。本专利技术的多位置辅助相机标定法在辅助相机标定法的基础上进行改进，继承了其标定操作简单的优点，扩展了标定实验中结构光的观测范围，排除了装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形结构光参数标定方法，其特征在于：包括：/nS10：辅助相机在多个位置上与系统相机组成双目测量系统，获得初步结构光参数；以及/nS20：利用标准环规内径测量结果对初步结构光参数进行优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种环形结构光参数标定方法，其特征在于：包括：
S10：辅助相机在多个位置上与系统相机组成双目测量系统，获得初步结构光参数；以及
S20：利用标准环规内径测量结果对初步结构光参数进行优化。


2.根据权利要求1所述的环形结构光参数标定方法，其特征在于：多位置辅助相机标定法获得初步结构光参数包括：
S101：确定多处辅助相机固定位置；
S102：在每个确定的辅助相机固定位置上，利用形成的双目测量系统拍摄多组环形结构光与辅助平板相交形成的光条；
S103：通过拍摄的多组光条，获取初步结构光参数。


3.根据权利要求2所述的环形结构光参数标定方法，其特征在于：步骤S101中确定多处辅助相机固定位置，确保系统相机与辅助相机组成的双目测量系统且在该位置能够对结构光进行全范围观测。


4.根据权利要求2所述的环形结构光参数标定方法，其特征在于：步骤S102包括：
S1021：在其中一处确定的辅助相机固定位置上固定辅助相机，进行双目标定，确定双目测量系统的外参；
S1022：摆放辅助平板，使其与环形结构光相交产生清晰的光条，且通过双目测量系统拍摄该光条；
S1023：多次改变辅助平板的摆放位置以及摆放角度，测量多组辅助平板与环形结构光相交形成的光条；
S1024：重复步骤S1021至S1023，完成在确定的多处辅助相机固定位置上对辅助平板与环形结构光形成的光条的拍摄。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张效栋，董禹初，闫宁，李泽骁，焦凡苇，
申请(专利权)人：三代光学科技天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12