一种多套跟踪式扫描仪联合标定的方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及一种多套跟踪式扫描仪联合标定的方法和装置，包括：获取各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像；根据各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像，确定各跟踪式扫描仪之间的初始旋转平移矩阵；对初始旋转平移矩阵进行优化，获取各跟踪式扫描仪之间的目标旋转平移矩阵。通过本申请的技术方案，继承了跟踪式扫描技术无需粘贴标记点即可扫描的独特优势，在多套拍照式扫描仪组合扫描测量被测工件过程中，无需移动扫描仪便可获取多套跟踪式扫描仪扫描视场的叠加扩展，有效提高了跟踪式扫描仪扫描范围和扫描效率，特别适用于大尺寸工件自动化检测领域。化检测领域。化检测领域。

【技术实现步骤摘要】
一种多套跟踪式扫描仪联合标定的方法和装置


[0001]本申请涉及视觉测量
，尤其涉及一种多套跟踪式扫描仪联合标定的方法和装置。

技术介绍

[0002]随着工业技术的快速发展，人们对于视觉测量系统提出了更高的要求。跟踪式扫描仪作为重要的大尺寸空间测量基准，在零部件几何量检测、产品装配、智能制造装备等方面有较为广泛的应用。对于内部结构复杂、体积庞大的被测产品，单套跟踪式扫描仪已经难以独立完成测量任务，而需要架设多套扫描仪配合进行组合测量才能得到被测产品更加完整的信息。通过多套跟踪式扫描仪配合使用不仅可以有效扩大测量范围，还能够提高视觉测量效率。然而，多套扫描仪组合测量的精度不仅取决于单套扫描仪的测量精度，还取决于各套扫描仪之间的坐标统一化精度。
[0003]目前，针对多套跟踪式扫描仪联合使用的方式，可以采用全局标定框架的方式进行扫描数据的坐标统一。其中全局框架的主要实现方式是根据测量需求制作全局框架，在全局框架上粘贴标志点，采用摄影测量系统拍摄框架上所有标志点的坐标值，将框架推入到多套跟踪式扫描仪的扫描视场内，然后所有的跟踪式扫描仪同时拍摄全局框架进行多套标定，实现坐标系统一。但是此方式需要根据被测工件制作不同的全局框架，成本较高，通用性不强。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种多套跟踪式扫描仪联合标定的方法和装置，能够有效提高跟踪式扫描仪扫描范围和扫描效率，标定操作简便，通用性强。
[0005]第一方面，本申请提供了一种多套跟踪式扫描仪联合标定的方法，包括：获取各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像；根据所述各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像，确定各所述跟踪式扫描仪之间的初始旋转平移矩阵；对所述初始旋转平移矩阵进行优化，获取所述各跟踪式扫描仪之间的目标旋转平移矩阵。
[0006]在一些实施例中，还包括：获取标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值；所述获取各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像包括：获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值；所述根据所述各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像，确定各所述跟踪式扫描仪之间的初始旋转平移矩阵，包括：根据所述标定直杆在不同位姿下
表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值及标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值，确定各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的初始旋转平移矩阵；对所述初始旋转平移矩阵进行残差优化，获取所述各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的目标旋转平移矩阵。
[0007]在一些实施例中，获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值，包括：获取各跟踪式扫描仪的相机内外参；获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各相机成像平面的二维坐标观测值；根据标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各相机成像平面的标志点二维坐标观测值及各跟踪式扫描仪的相机内外参，确定标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值。
[0008]在一些实施例中，根据所述标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值及标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值，确定各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的初始旋转平移矩阵，包括：根据所述标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值及标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值中标志点的对应性，确定各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系与基准坐标系的旋转平移矩阵；根据各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系与基准坐标系的旋转平移矩阵确定各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的初始旋转平移矩阵。
[0009]在一些实施例中，获取各跟踪式扫描仪的相机内外参，包括：获取标定板的标准标定图像数据；通过跟踪式扫描仪获取多组不同方位的标定板图像数据，根据所述多组不同方位的标定板图像数据与所述标准标定图像数据，确定跟踪式扫描仪的相机内外参。
[0010]在一些实施例中，获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值，包括：获取标定直杆在一位姿下其中一端表面标志点在至少一跟踪式扫描仪拍摄坐标系下的标志点三维坐标观测值；获取标定直杆在该所述位姿下另一端表面标志点在至少另一跟踪式扫描仪拍摄坐标系下的标志点三维坐标观测值。
[0011]在一些实施例中，所述对所述初始旋转平移矩阵进行优化，包括：获取所述标定直杆中任意两标志点之间的距离真值及对应的距离观测值，所述任意两标志点的一个标志点位于标定直杆的一端、另一个标志点位于标定直杆的另一端；计算所述距离真值与对应的所述距离观测值之间的残差；获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各相机成像平面的像点；获取标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值，根据各跟踪式扫描仪的拍摄坐标系与基准坐标系的旋转平移关系，转换三维坐标真值到各跟踪式扫描仪的拍摄
坐标系下并根据各跟踪式扫描仪的相机内外参得到各所述跟踪式扫描仪相机成像平面的反投影点；计算所述像点的二维坐标值与对应的所述反投影点的二维坐标值之间的残差；根据所述距离真值与对应的所述距离观测值之间的残差，以及所述像点的二维坐标值与对应的所述反投影点的二维坐标值之间的残差对所述初始旋转平移矩阵进行残差优化，确定所述各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的目标旋转平移矩阵。
[0012]在一些实施例中，所述根据所述残差对所述初始旋转平移矩阵进行残差优化，确定所述各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的目标旋转平移矩阵，包括：借助ceres优化算法，循环求解残差方程，直至计算得到的残差能够满足预设的局部残差阈值或者迭代次数达到设定的最大迭代次数，以确定所述各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的目标旋转平移矩阵。
[0013]在一些实施例中，所述残差方程满足如下公式：所述残差方程满足如下公式：所述残差方程满足如下公式：其中，a代表反投影坐标值的优化权重；b代表标定直杆中任意两表面标志点之间的距离值的优化权重；re0代表标定直杆表面任意两标志点之间的距离值的残差，re1代表标定直杆表面任意标志点在任意跟踪式扫描仪相机成像平面的像点与反投影点在成像平面X轴上的距离值的残差，re2代表标定直杆表面任意标志点在任意跟踪式扫描仪相机成像平面的像点与反投影点在成像平面Y轴上的距离值的残差；N为跟踪式扫描仪拍摄图像的总帧数，M为跟踪式扫描仪的个数，K为标定直杆一端表面标志点的数量；i表示跟踪式扫描仪拍摄的图像帧序号；j表示跟踪式扫描仪的序号；k表示标定直杆表面标志点的序号；函数代表标定直杆表面任意标志点的三维坐标真值在任意跟踪式扫描仪相机成像平面的反投影点的二维坐标值；、为初始标定直杆姿态与第帧图像中标定直杆姿态之间的旋转平移矩阵；、为基准坐标系和第j个跟踪式扫描仪拍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多套跟踪式扫描仪联合标定的方法，其特征在于，包括：获取各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像；根据所述各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像，确定各所述跟踪式扫描仪之间的初始旋转平移矩阵；对所述初始旋转平移矩阵进行优化，获取所述各跟踪式扫描仪之间的目标旋转平移矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：获取标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值；所述获取各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像包括：获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下三维坐标观测值；所述根据所述各跟踪式扫描仪在各自拍摄坐标系下的不同位姿标定直杆图像，确定各所述跟踪式扫描仪之间的初始旋转平移矩阵，包括：根据所述标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值及标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值，确定各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的初始旋转平移矩阵；对所述初始旋转平移矩阵进行残差优化，获取所述各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的目标旋转平移矩阵。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值，包括：获取各跟踪式扫描仪的相机内外参；获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各相机成像平面的二维坐标观测值；根据标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各相机成像平面的二维坐标观测值及各跟踪式扫描仪的相机内外参，确定标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值及标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值，确定各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的初始旋转平移矩阵，包括：根据所述标定直杆在不同位姿下表面标志点在各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值及标定直杆表面标志点在基准坐标系下的三维坐标真值中标志点的对应性，确定各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系与基准坐标系的旋转平移矩阵；根据各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系与基准坐标系的旋转平移矩阵确定各所述跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系之间的初始旋转平移矩阵。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取各跟踪式扫描仪的相机内外参，包括：获取标定板的标准标定图像数据；通过跟踪式扫描仪获取多组不同方位的标定板图像数据，根据所述多组不同方位的标定板图像数据与所述标准标定图像数据，确定跟踪式扫描仪的相机内外参。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取标定直杆在不同位姿下表面标志点在
各跟踪式扫描仪各自拍摄坐标系下的三维坐标观测值，包括：获取标定直杆在一位姿下其中一端表面标志点在至少一跟踪式扫描仪拍摄坐标系下的标志点三维坐标观测值；获取标定直杆在该所述位姿下另一端表面标志点在至少另一跟踪式扫描仪拍摄坐标系下的标志点三维坐标观测值。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述初始旋转平移矩阵进行残差优化，包括：获取所述标定直杆中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉凯，李仲平，李洲强，李仁举，
申请(专利权)人：天远三维天津科技有限公司，
类型：发明
国别省市：