一种线结构光扫描仪标定方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种线结构光扫描仪标定方法、装置及存储介质，方法包括：通过扫描仪相机内参矩阵和畸变系数分别对各个光条图像进行光条图像的去畸变处理得到与各个光条图像对应的光条去畸变图像，根据扫描仪相机内参矩阵和畸变系数分别对各个标定板图像进行标定板图像的去畸变处理得到与各个标定板图像对应的标定板去畸变图像。本发明专利技术能够避免单应性矩阵分解的误差，具有更好的精度和鲁棒性，同时，提高了线结构光扫描仪标定精度，简化了标定流程，提高了线结构光传感器标定的自动化程度，减少了标定过程中的人工参与，能够适用于标定板作一组平移运动的情形，实现了一组平移运动就能完成标定的目标。就能完成标定的目标。就能完成标定的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种线结构光扫描仪标定方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术主要涉及测量
，具体涉及一种线结构光扫描仪标定方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]线结构光扫描仪具有非接触、速度快、精度高的优点，被广泛应用于三维测量和质量检测等方面。光平面标定是结合标定靶物的几何约束和摄像机透视原理，获取线结构光模型中光平面方程参数的过程，是实现线结构光扫描仪精确测量的关键。当前以自由移动平面靶标的线结构光标定方法应用最为广泛，其中一类成熟的标定方法为周富强等所提的空间变换法，首先基于交比不变性原理求解特征点平面坐标，然后采用空间变换的方式，将特征点统一到世界坐标系，最后拟合光平面方程。不同于周富强所采用的交比不变性原理，韩建栋等利用共线三点透视原理求解特征点三维坐标；魏一等利用特征点图像坐标与相机光心确定的射线与靶标平面相交计算特征点三维坐标；于龙龙等利用摄像机外参通过坐标变换得到标定板不同位姿下与光平面交线的直线方程。上述方法从单应矩阵中分解旋转矩阵和平移向量，但是每一次分解都将引入分解误差。另一类成熟的方法是魏振中等提出的基于消隐原理的光平面标定方法，首先利用消隐点，消隐线的性质标定光平面法向，然后利用几何约束标定光平面方程剩余参数。这类方法利用消隐点拟合光平面消隐线，由于平行直线具有相同的消隐点，此方法并不适用于靶标作一组平移运动的情形，且需要作两组平移运动才能完成标定。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种线结构光扫描仪标定方法、装置及存储介质。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种线结构光扫描仪标定方法，包括如下步骤：
[0005]导入扫描仪相机内参矩阵和畸变系数，所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数均通过对扫描仪装置进行标定得到；
[0006]通过所述扫描仪装置得到多个光条图像和多个标定板图像，并根据所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数分别对各个所述光条图像进行光条图像的去畸变处理，得到与各个所述光条图像对应的光条去畸变图像；
[0007]根据所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数分别对各个所述标定板图像进行标定板图像的去畸变处理，得到与各个所述标定板图像对应的标定板去畸变图像；
[0008]对所述扫描仪相机内参矩阵、多个所述光条去畸变图像和多个所述标定板去畸变图像进行光平面的标定分析，得到标定结果。
[0009]本专利技术解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种线结构光扫描仪标定装置，包括：
[0010]数据导入模块，用于导入扫描仪相机内参矩阵和畸变系数，所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数均通过对扫描仪装置进行标定得到；
[0011]光条图像处理模块，用于通过所述扫描仪装置得到多个光条图像和多个标定板图像，并根据所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数分别对各个所述光条图像进行光条图像的去畸变处理，得到与各个所述光条图像对应的光条去畸变图像；
[0012]标定板图像处理模块，用于根据所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数分别对各个所述标定板图像进行标定板图像的去畸变处理，得到与各个所述标定板图像对应的标定板去畸变图像；
[0013]标定结果获得模块，用于对所述扫描仪相机内参矩阵、多个所述光条去畸变图像和多个所述标定板去畸变图像进行光平面的标定分析，得到标定结果。
[0014]本专利技术解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种线结构光扫描仪标定装置，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，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的线结构光扫描仪标定方法。
[0015]本专利技术解决上述技术问题的另一技术方案如下：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，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的线结构光扫描仪标定方法。
[0016]本专利技术的有益效果是：通过多个光条图像得到与各个光条图像对应的光条去畸变图像，并通过多个标定板图像得到与各个标定板图像对应的标定板去畸变图像，通过扫描仪相机内参矩阵、多个光条去畸变图像和多个标定板去畸变图像得到标定结果，能够避免单应性矩阵分解的误差，具有更好的精度和鲁棒性，同时，提高了线结构光扫描仪标定精度，简化了标定流程，提高了线结构光传感器标定的自动化程度，减少了标定过程中的人工参与，能够适用于标定板作一组平移运动的情形，实现了一组平移运动就能完成标定的目标。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例提供的线结构光扫描仪标定方法的流程示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例提供的线结构光扫描仪标定方法的光平面法向标定原理图；
[0019]图3为本专利技术实施例提供的线结构光扫描仪标定方法的改进的消隐点求解原理图；
[0020]图4为本专利技术实施例提供的线结构光扫描仪标定方法的利用像素坐标拟合直线并截取线段的原理图；
[0021]图5为本专利技术实施例提供的线结构光扫描仪标定方法的光平面参数d标定原理图；
[0022]图6为本专利技术实施例提供的线结构光扫描仪标定装置的模块框图。
具体实施方式
[0023]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0024]图1为本专利技术实施例提供的线结构光扫描仪标定方法的流程示意图。
[0025]如图1所示，一种线结构光扫描仪标定方法，包括如下步骤：
[0026]导入扫描仪相机内参矩阵和畸变系数，所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数均通过对扫描仪装置进行标定得到；
[0027]通过所述扫描仪装置得到多个光条图像和多个标定板图像，并根据所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数分别对各个所述光条图像进行光条图像的去畸变处理，得到与各个所述光条图像对应的光条去畸变图像；
[0028]根据所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数分别对各个所述标定板图像进行标定板图像的去畸变处理，得到与各个所述标定板图像对应的标定板去畸变图像；
[0029]对所述扫描仪相机内参矩阵、多个所述光条去畸变图像和多个所述标定板去畸变图像进行光平面的标定分析，得到标定结果。
[0030]优选地，所述扫描仪装置可以为线结构光扫描仪。
[0031]应理解地，所述扫描仪装置的扫描仪相机内参矩阵指的是扫描仪装置中扫描仪相机的内部参数矩阵。
[0032]应理解地，采用张正友标定法标定扫描仪的相机内参(即所述扫描仪相机内参矩阵)和畸变系数，记相机内参矩阵(即所述扫描仪相机内参矩阵)为K，
[0033][0034]具体地，将棋盘格标定板倾斜放置在扫描仪的工作平台上，保证线激光能投射到标定板且相机能拍摄到完整光条图像，控制工作台作步进运动，每次运动停止后，打开外部光源，控制相机采集光条图像；然后关闭外部光源，打开线激光器，拍摄同一位姿下投射有光条的光条图像，至少在2个位置拍摄上述图像。记采集的投射有光条的标定板图像组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种线结构光扫描仪标定方法，其特征在于，包括如下步骤：导入扫描仪相机内参矩阵和畸变系数，所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数均通过对扫描仪装置进行标定得到；通过所述扫描仪装置得到多个光条图像和多个标定板图像，并根据所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数分别对各个所述光条图像进行光条图像的去畸变处理，得到与各个所述光条图像对应的光条去畸变图像；根据所述扫描仪相机内参矩阵和所述畸变系数分别对各个所述标定板图像进行标定板图像的去畸变处理，得到与各个所述标定板图像对应的标定板去畸变图像；对所述扫描仪相机内参矩阵、多个所述光条去畸变图像和多个所述标定板去畸变图像进行光平面的标定分析，得到标定结果。2.根据权利要求1所述的线结构光扫描仪标定方法，其特征在于，所述对所述扫描仪相机内参矩阵、多个所述光条去畸变图像和多个所述标定板去畸变图像进行光平面的标定分析，得到标定结果的过程包括：通过多个所述光条去畸变图像和多个所述标定板去畸变图像构建二维数组，得到二维数组；对所述二维数组进行第一消隐点的分析得到第一消隐点；对所述二维数组进行第二消隐点的分析得到第二消隐点；通过第一式对所述第一消隐点、所述第二消隐点和所述扫描仪相机内参矩阵进行方向向量的计算，得到光条方向向量和平行直线方向向量，所述第一式为：其中，其中，D
L
为光条方向向量，D2为平行直线方向向量，K为扫描仪相机内参矩阵，V1为第一消隐点齐次坐标，V2为第二消隐点齐次坐标，为第一消隐点x轴坐标，为第一消隐点y轴坐标，为第二消隐点x轴坐标，为第二消隐点y轴坐标；通过第二式对所述光条方向向量和所述平行直线方向向量进行光平面法向量的计算，得到光平面法向量，所述第二式为：n1＝D
L
×
D2，其中，n1为光平面法向量，D
L
为光条方向向量，D2为平行直线方向向量；对所述二维数组进行第三消隐点的分析得到第三消隐点；通过第三式对所述第三消隐点和所述扫描仪相机内参矩阵进行标定板Y轴方向向量的计算，得到标定板Y轴方向向量，所述第三式为：其中，V
Y
为第三消隐点齐次坐标，v
′
x
为第三消隐点x轴坐标，v
′
y
为第三消隐点y轴坐标，K为扫描仪相机内参矩阵，D
Y
为标定板Y轴方向向量；
通过第四式对所述标定板Y轴方向向量和所述光条方向向量进行光条截线段实际长度的计算，得到光条截线段实际长度，所述第四式：其中，d
L
为光条截线段实际长度，d
b
为预设靶标的方格尺寸，D
Y
为标定板Y轴方向向量，D
L
为光条方向向量；对所述光平面法向量、所述二维数组、所述光条截线段实际长度和所述扫描仪相机内参矩阵进行光平面方程的计算，得到光平面方程，并将所述光平面方程作为标定结果。3.根据权利要求2所述的线结构光扫描仪标定方法，其特征在于，多个所述光条去畸变图像包括n个所述光条去畸变图像，多个所述标定板去畸变图像包括n
′
个所述标定板去畸变图像，其中，n＝n
′
，所述通过多个所述光条去畸变图像和多个所述标定板去畸变图像构建二维数组，得到二维数组的过程包括：S11：利用平方加权灰度重心法对第n个所述光条去畸变图像进行光条中心的提取，得到与第n个所述光条去畸变图像对应的多个光条中心；S12：对多个所述光条中心进行光条中心的拟合，得到与第n个所述光条去畸变图像对应的光条中心直线方程；S13：利用openCV工具对第n
′
个所述标定板去畸变图像进行角点坐标的提取，得到与第n
′
个所述标定板去畸变图像对应的多个角点坐标；S14：从第n
′
个所述标定板去畸变图像中提取与第n
′
个所述标定板去畸变图像对应的标定板；S15：定义角点坐标二维数组，并按照所述标定板中的排列顺序依次将各个所述角点坐标存储至所述角点坐标二维数组中；S16：对多个所述角点坐标进行角点坐标的拟合，得到多个角点直线方程；S17：定义像素坐标二维数组，并依次计算所述光条中心直线方程与各个所述角点直线方程的交点坐标，并将得到的交点坐标作为像素坐标存储至所述像素坐标二维数组的第n行中；S18：返回S11，直至所有的光条去畸变图像均执行S11至S17，从而得到像素坐标二维数组和多个角点坐标二维数组，并将所述像素坐标二维数组和多个所述角点坐标二维数组一并作为二维数组。4.根据权利要求3所述的线结构光扫描仪标定方法，其特征在于，所述对所述二维数组进行第一消隐点的分析得到第一消隐点的过程包括：从所述像素坐标二维数组中提取每行的首列像素坐标和每行的最后一列像素坐标，并将首列所述像素坐标作为第一首端点，并将最后一列所述像素坐标作为第一末端点，从而得到与所述像素坐标二维数组各行对应的第一首端点和与所述像素坐标二维数组各行对应的第一末端点；分别计算各个与所述像素坐标二维数组各行对应的第一首端点和各个与所述像素坐标二维数组各行对应的第一末端点的中点，得到与所述像素坐标二维数组各行对应的第一中点；
通过第五式对多个所述第一首端点和多个所述第一中点进行第一消隐点的计算，得到第一消隐点，所述第五式为：其中，其中，为第一消隐点的估计，x
i1
为第一首端点x轴坐标，y
i1
为第一首端点y轴坐标，a
i
和b
i
均为系数，x
ci
为第一中点x轴坐标，y
ci
为第一中点y轴坐标，为第一消隐点x轴坐标，为第一消隐点y轴坐标。5.根据权利要求3所述的线结构光扫描仪标定方法，其特征在于，所述对所述二维数组进行第二消隐点的分析得到第二消隐点的过程包括：S21：从所述像素坐标二维数组提取像素坐标，得到j列像素坐标组，每列所述像素坐标组包括顺序排列的多个像素坐标；...

【专利技术属性】
技术研发人员：高兴宇，胡增，李伟明，尹炳强，韦传嫩，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：