一种单目旋转结构光三维测量方法技术

本发明专利技术属于机器视觉测量领域，提供了一种单目旋转结构光三维目标测量方法，通过振镜反射线结构光进行旋转扫描，实现了被测目标的高精度三维测量。对于本方法，在测量过程中线结构光光平面旋转轴轴线可标定出来，因此线结构光无需准确照射在振镜旋转轴轴线上即可实现高精度测量，且线结构光光平面旋转角度通过计算得到。与现有测量方法相比，本方法有效地避免了由控制电压参数或反射镜角度计算线结构光光平面旋转角度带来的误差，所有计算均在世界坐标系下进行，在保证精度的前提下简化了整个测量过程。个测量过程。个测量过程。

【技术实现步骤摘要】
一种单目旋转结构光三维测量方法


[0001]本专利技术属于机器视觉测量
，涉及一种单目旋转结构光三维测量方法，该方法通过振镜旋转完成线结构光的扫描，在实现线结构光光平面标定的基础上，完成被测目标的三维高精度测量。

技术介绍

[0002]三维视觉测量技术是机器视觉技术的一种，结构光三维测量技术作为三维视觉测量技术的一种典型应用，具有测量精度高、稳定性好、速度快、成本低等诸多优点，已被广泛应用于航空航天、船舶、能源动力等各个领域。常见的结构光测量系统主要由激光器、工业相机、运动系统等部分组成。传统的结构光测量系统通过直线导轨移动被测目标的方式测量目标，难以实现固定式、大尺寸目标的三维测量。目前虽有旋转扫描的实现方案，但实施时需要线结构光准确照射在振镜旋转轴的轴线上，测量精度受系统装调误差的限制，并且计算过程复杂。因此，研究单目旋转结构光高精度三维测量方法具有重要意义。
[0003]单目旋转结构光三维测量目前有两种方式，一种是通过机构带动反射镜旋转从而完成线结构光对目标的扫描，另外一种是通过机构带动由激光器与相机组成的整体进行旋转。对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单目旋转线结构光三维测量方法，其特征在于，步骤如下：(1)单目旋转线结构光三维测量系统搭建单目旋转结构光三维测量系统主要由相机(1)、线结构光激光器(2)和振镜(3)组成，通过线结构光激光器(2)将线结构光照射在振镜(3)上，然后利用振镜(3)反射后的线结构光对被测目标进行扫描测量；(2)线结构光光平面及其旋转轴轴线的标定1)首先进行相机标定，采用张氏标定法结合高精度棋盘格标定板标定相机内参数矩阵及畸变参数，其标定表达式为：其中，Z
c
为尺度因子，(u0,v0)为相机(1)拍摄图像的主点坐标，(C
x
,C
y
)为相机(1)像元在横、纵方向的等效焦距，R为旋转矩阵，T为平移矩阵，(X,Y,Z)为棋盘格标定板角点在世界坐标系O
‑
XYZ(4)下的三维坐标，(u,v)为棋盘格标定板角点在图像上的像素坐标；根据棋盘格标定板上三维点与二维成像点的对应关系即求解相机(1)的内参数矩阵和畸变参数，包括径向畸变系数k1、k2以及切向畸变参数p1、p2；2)以1号位置棋盘格标定板(5)左上角的角点为原点O，棋盘格竖直排列方向为X轴、水平排列方向为Y轴、垂直于标定板平面向上为Z轴建立世界坐标系O
‑
XYZ(4)；通过相机(1)拍摄1号位置棋盘格标定板(5)的图像，标定相机(1)在世界坐标系O
‑
XYZ(4)下的外参数矩阵，进而得到空间点与其图像像素坐标的对应关系为：其中，R1为相机(1)到世界坐标系O
‑
XYZ(4)的旋转矩阵，T1为相机(1)到世界坐标系O
‑
XYZ(4)的平移矩阵，X、Y、Z为该点在世界坐标系O
‑
XYZ(4)下的三维坐标分量；3)开启线结构光激光器(2)，利用振镜(3)将线结构光光平面旋转至θ＝0
°
的初始角度，则线结构光光平面与1号位置棋盘格标定板(5)相交于直线AB，通过相机(1)拍摄线结构光图像并利用灰度重心法提取线结构光中心线上各点的像素坐标：其中，I(u',v')为线结构光图像中像素坐标(u',v')处的像素点灰度值，Ω为图像u'方向上线结构光所占像素点的集合，(u0',v0')是线结构光中心线上点的像素坐标；
然后根据线结构光中心线上点的像素坐标及公式(2)计算线结构光中心线上点的世界坐标，进而拟合出线结构光AB的方程；4)保持线结构光激光器(2)开启，将线结构光光平面旋转至角度θ，θ由后面计算得到，则线结构光光平面与1号位置棋盘格标定板(5)相交于直线CD，通过相机(1)拍摄线结构光图像并利用灰度重心法提取线结构光的中心，计算出线结构光中心线上各点的世界坐标，并进一步拟合出线结构光CD的方程；5)对2号位置棋盘格标定板(6)重复上述步骤3)和4)，拟合线结构光A'B'与线结构光C'D...

【专利技术属性】
技术研发人员：李肖，李伟，陈兴佩，袁新安，殷晓康，陈怀远，周晶玉，赵建明，赵建超，丁建喜，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：