基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统。方法包括：对双目相机、平面靶标、结构光传感器、惯性导航分别建立坐标系；通过结构光传感器对被测物进行连续扫描，获取被测物在光平面坐标系下的多组轮廓数据点；针对每组轮廓数据点，分别获取第一三维坐标和第二三维坐标；通过卡尔曼滤波器对第一三维坐标和第二三维坐标进行数据优化融合，获得单次扫描被测物轮廓数据；对各单次扫描被测物轮廓数据进行整体拟合，获得被测物的整体拟合轮廓数据，完成结构光扫描测量。本发明专利技术通过对结构光传感器的位姿检测数据进行优化融合，能够降低测量中的累积误差，提高结构光位姿检测精度。姿检测精度。姿检测精度。

【技术实现步骤摘要】
基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及双目相机及结构光的三维测量
，特别是涉及基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统。

技术介绍

[0002]三维扫描技术随着科学技术和工业的不断发展得到了人们的关注，在制造业、逆向工程等领域有着广泛的应用。其中结构光扫描测量技术使用最为频繁，但由于结构光扫描范围有限，需要将扫描数据进行后续拼接，使得测量精度下降。
[0003]因此，随着计算机视觉技术的飞速发展，当前多选用视觉传感器与结构光传感器相结合的方法提高三维测量的精度及测量效率，视觉传感器能够对结构光的姿态进行识别，从而实现将结构光扫描数据进行后续拼接。但这种基于单传感器的测量方法，仍存在容易产生结构光位姿检测精度较低的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法及系统，可降低测量中的累积误差，提高结构光位姿检测精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法，包括：
[0007]对双目相机、平面靶标、结构光传感器、惯性导航分别建立坐标系，获得相机坐标系、平面靶标坐标系、光平面坐标系、惯性导航坐标系；
[0008]通过所述结构光传感器对被测物进行连续扫描，获取所述被测物在所述光平面坐标系下的多组轮廓数据点；
[0009]针对每组轮廓数据点，将所述组轮廓数据点经所述平面靶标坐标系变换至所述相机坐标系下，获得第一三维坐标；将所述组轮廓数据点经所述惯性导航坐标系变换至所述相机坐标系下，获得第二三维坐标；
[0010]通过卡尔曼滤波器对所述第一三维坐标和所述第二三维坐标进行数据优化融合，获得单次扫描被测物轮廓数据；
[0011]对各所述单次扫描被测物轮廓数据进行整体拟合，获得所述被测物的整体拟合轮廓数据，完成结构光扫描测量。
[0012]可选地，所述通过所述结构光传感器对被测物进行扫描，获取所述被测物在所述光平面坐标系下的轮廓数据点，之前还包括：
[0013]将所述双目相机和所述惯性导航进行联合标定，获取所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参；
[0014]根据所述相机内参和所述相机外参固定所述双目相机、所述平面靶标、所述结构光传感器、所述惯性导航的位置；
[0015]根据所述位置分别获取所述相机坐标系与所述平面靶标坐标系间的第二变换矩
阵、所述相机坐标系与所述光平面坐标系间的第三变换矩阵、所述惯性导航坐标系与所述光平面坐标系间的第五变换矩阵；
[0016]通过所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵获取所述平面靶标坐标系与光平面坐标系之间的第四变换矩阵。
[0017]可选地，所述将所述双目相机和所述惯性导航进行联合标定，获取所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参，具体包括：
[0018]固定所述双目相机和所述惯性导航间的相对位置，通过双目相机对不同位姿下的高精度棋盘格标定板进行拍摄，获取标定图片，根据所述标定图片确定所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参。
[0019]可选地，所述根据所述相机内参和所述相机外参固定所述双目相机、所述平面靶标、所述结构光传感器、所述惯性导航的位置，具体包括：
[0020]使所述双目相机相对所述结构光传感器固定放置；
[0021]将所述平面靶标和所述惯性导航均固定于所述结构光传感器上；
[0022]所述平面靶标与所述结构光传感器通过特制连接件固定连接。
[0023]可选地，所述第二变换矩阵的获取方法具体包括：
[0024]在平面靶标上设置五个圆形标志点，获取所述平面靶标坐标系下的所述圆形标志点三维坐标，并对所述圆形标志点进行排序；
[0025]根据所述位置建立图像像素坐标系；
[0026]通过所述双目相机对所述平面靶标进行拍摄，提取所述双目相机中包含平面靶标信息的区域，对经所述排序后的每个所述圆形标志点轮廓进行像素提取，获取所述图像像素坐标系下的标志点质心像素坐标；
[0027]根据所述标志点质心像素坐标，利用三角测量法获取所述相机坐标系下的所述圆形标志点三维坐标；
[0028]根据所述平面靶标坐标系下的所述圆形标志点三维坐标和所述相机坐标系下的所述圆形标志点三维坐标，获取所述第二变换矩阵。
[0029]可选地，所述五个圆形标志点在所述平面靶标上呈T字状分布，且每相邻两个所述圆形标志点之间间距相同。
[0030]可选地，所述第三变换矩阵的获取方法具体包括：
[0031]将立体靶标作为所述被测物置于所述结构光传感器下，使所述结构光传感器的光条与所述立体靶标棱线相交于非共线的四点上，获取所述光平面坐标系下的所述立体靶标四点三维坐标；
[0032]通过所述双目相机对所述立体靶标和所述结构光传感器进行拍摄，提取所述双目相机中包含立体靶标和光条信息的区域，对所述立体靶标四点进行像素提取，获取所述相机坐标系下的所述立体靶标四点像素坐标；
[0033]根据所述立体靶标四点像素坐标，利用三角测量法获取所述相机坐标系下的所述立体靶标四点三维坐标；
[0034]根据所述光平面坐标系下的所述立体靶标四点三维坐标和所述相机坐标系下的所述立体靶标四点三维坐标，获取所述第三变换矩阵。
[0035]可选地，所述第一三维坐标的获取方法具体包括：利用所述第二变换矩阵和所述
第四变换矩阵，将所述轮廓数据点经所述平面靶标坐标系变换至所述相机坐标系下。
[0036]可选地，所述第二三维坐标的获取方法具体包括：利用所述第一变换矩阵和所述第五变换矩阵，将所述轮廓数据点经所述惯性导航坐标系变换至所述相机坐标系下。
[0037]一种基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量系统，包括：
[0038]坐标系建立单元，用于对双目相机、平面靶标、结构光传感器、惯性导航分别建立坐标系，获得双目相机坐标系、平面靶标坐标系、光平面坐标系、惯性导航坐标系，并通过所述结构光传感器对被测物进行连续扫描；
[0039]轮廓获取单元，用于获取所述光平面坐标系下被测物的多组轮廓数据点；
[0040]坐标系变换单元，用于针对每组轮廓数据点，将所述组轮廓数据点经所述平面靶标坐标系变换至所述相机坐标系下，获得第一三维坐标；将所述组轮廓数据点经所述惯性导航坐标系变换至所述相机坐标系下，获得第二三维坐标；
[0041]数据优化融合单元，用于通过卡尔曼滤波器对所述第一三维坐标和所述第二三维坐标进行数据优化融合，获得单次扫描被测物轮廓数据；
[0042]整体拟合单元，对各单次扫描被测物轮廓数据进行整体拟合，获得所述被测物的整体拟合轮廓数据。
[0043]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法，其特征在于，包括：对双目相机、平面靶标、结构光传感器、惯性导航分别建立坐标系，获得相机坐标系、平面靶标坐标系、光平面坐标系、惯性导航坐标系；通过所述结构光传感器对被测物进行连续扫描，获取所述被测物在所述光平面坐标系下的多组轮廓数据点；针对每组轮廓数据点，将所述组轮廓数据点经所述平面靶标坐标系变换至所述相机坐标系下，获得第一三维坐标；将所述组轮廓数据点经所述惯性导航坐标系变换至所述相机坐标系下，获得第二三维坐标；通过卡尔曼滤波器对所述第一三维坐标和所述第二三维坐标进行数据优化融合，获得单次扫描被测物轮廓数据；对各所述单次扫描被测物轮廓数据进行整体拟合，获得所述被测物的整体拟合轮廓数据，完成结构光扫描测量。2.根据权利要求1所述的基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法，其特征在于，所述通过所述结构光传感器对被测物进行扫描，获取所述被测物在所述光平面坐标系下的轮廓数据点，之前还包括：将所述双目相机和所述惯性导航进行联合标定，获取所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参；根据所述相机内参和所述相机外参固定所述双目相机、所述平面靶标、所述结构光传感器、所述惯性导航的位置；根据所述位置分别获取所述相机坐标系与所述平面靶标坐标系间的第二变换矩阵、所述相机坐标系与所述光平面坐标系间的第三变换矩阵、所述惯性导航坐标系与所述光平面坐标系间的第五变换矩阵；通过所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵获取所述平面靶标坐标系与光平面坐标系之间的第四变换矩阵。3.根据权利要求2所述的基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法，其特征在于，所述将所述双目相机和所述惯性导航进行联合标定，获取所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参，具体包括：固定所述双目相机和所述惯性导航间的相对位置，通过双目相机对不同位姿下的高精度棋盘格标定板进行拍摄，获取标定图片，根据所述标定图片确定所述相机坐标系与所述惯性导航坐标系间的第一变换矩阵、相机内参、相机外参。4.根据权利要求2所述的基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法，其特征在于，所述根据所述相机内参和所述相机外参固定所述双目相机、所述平面靶标、所述结构光传感器、所述惯性导航的位置具体包括：使所述双目相机相对所述结构光传感器固定放置；将所述平面靶标和所述惯性导航均固定于所述结构光传感器上；所述平面靶标与所述结构光传感器通过特制连接件固定连接。5.根据权利要求2所述的基于双目相机和惯性导航的结构光扫描测量方法，其特征在于，所述第二变换矩阵的获取方法，具体包括：在平面靶标上设置五个圆形标志点，获取所述平面靶标坐标系下的所述圆形标志点三
维坐标，并对所述圆形标志点进行排序；根据所述位置建立图像像素坐标系；通过所述双目相机对所述平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长英，侯禹光，安博文，刘洋，王浩，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：