一种基于双目视觉的多线激光扫描方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于双目视觉的多线激光扫描方法及系统，通过测高模块建立在第一相机模块的坐标系下的映射关系，为后续步骤中第一图像的像素点投射到第二图像的对应投影坐标打下基础；还在第二相机模块的图像上基于图像列与极线斜率构建二维匹配容器M，当将第一相机模块和第二相机模块进行匹配时，可通过映射关系将第一相机模块的第一光条中心投射到第二相机模块的第二图像上，计算投影坐标的极线斜率，确定第一光条中心的投影坐标落入和第二光条中心相同的对应区间，由此确定高精度匹配的第一光条中心和第二光条中心，使用以空间换时间的思路，缩短了高精度匹配的时间，只需要少量计算即可实现第一相机模块和第二相机模块的高精度匹配流程。块的高精度匹配流程。块的高精度匹配流程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目视觉的多线激光扫描方法及系统


[0001]本专利技术涉及3D机器视觉
，特别是涉及一种基于双目视觉的多线激光扫描方法及系统。

技术介绍

[0002]目前在3D机器视觉
中，基于LED结构光的三维成像系统因具有成像精度高、速度快的特点被广泛使用，但在大视野范围成像时会因LED光源亮度不足、对比度低等因素造成数据质量严重下降，且需要增加移动模组或多个系统并联来实现大范围扫描，不仅增加了系统成本，还降低了扫描帧率。激光由于具有高亮度、高对比度的特点也被用于结构光三维成像，而基于单线激光的三维成像系统应用虽然已经很成熟，但其只能获得一条线上的数据，需借助移动模组或旋转机构实现成像范围覆盖，工作效率低。现场部署较为困难；单目的线激光系统虽然计算效率较高，但是标定复杂且精度略低，而双目匹配的效率较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于双目视觉的多线激光扫描方法及系统，以解决现有双目匹配效率过低、精度低的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于双目视觉的多线激光扫描方法，所述方法包括以下步骤：包括呈角度设置的第一相机模块、第二相机模块和测高模块，还包括用于发射若干激光条的多线激光器和用于将激光条投射到被测物面上进行扫描的镜面旋转机构；步骤一、利用所述测高模块拍摄被测物面得到被测物面的点云信息，计算对应的点云信息在所述第一相机模块下的映射关系；步骤二、基于对极几何，计算第二相机模块的第二预设图像的每个像素点对应的极线斜率，建立极线斜率表；步骤三、基于第二相机模块的图像列和极线斜率构建二维匹配容器M，二维匹配容器M为m*n个二维区间，m表示沿图像列将第二相机模块的第二预设图像划分为m个区间，n表示沿极线斜率将第二相机模块的第二预设图像划分成n个区间，定义图像列为竖向，对应横坐标，极线斜率为横向，对应纵坐标；步骤四、打开多线激光器，转动镜面旋转机构，将所述激光条投射在被测物面上，利用第一相机模块获取被测物面的第一图像，利用第二相机模块获取被测物面的第二图像；步骤五、基于被投射在被测物面上的激光条提取第一图像的若干第一光条中心和第二图像的若干第二光条中心；步骤六、遍历第二图像的若干第二光条中心，按照所述第二光条中心的图像列和极线斜率填入二维匹配容器M中对应区间；
步骤七、遍历第一图像的若干第一光条中心，基于步骤一获得的映射关系、第一相机模块和第二相机模块的双目标定关系以及第二相机模块的内参，确定第一光条中心在第二图像上的对应投影坐标，并计算对应的极线斜率，填入二维匹配容器M中对应区间；确定某一第一光条中心的投影坐标落入和某一第二光条中心相同的对应区间；步骤八、根据矩阵[p_a', p_b']以及第一相机模块和第二相机模块的双目标定关系计算该组多线激光的点云信息，p_a'为该第一光条中心在第一图像中的坐标，p_b'为该第二光条中心在第二图像中的坐标；步骤九、控制镜面旋转机构按照设定方向转动角度θ，重复步骤步骤四至步骤八，旋转N次，直至镜面旋转机构转完所有角度，得到N组点云信息，将其合并成点云图。
[0005]优选地，所述步骤六中：某一第二光条中心p_b'，坐标[u', v']，u'表示第二光条中心p_b'在第二图像上的横坐标，即图像列坐标，v'表示第二光条中心p_b'在第二图像上的纵坐标，从极线斜率表中确定第二光条中心p_b'的极线斜率k'，由u'和k'确定在二维匹配容器M中对应区间M'<i, j>，i代表横坐标区间序号，j代表极线斜率区间序号；其中，u[i] ≤ u'< u[i+1]，k[j] ≤ k' < k[j+1]，u[i] 和k[j] 分别表示M'的区间<i,j>的左边界和上边界，u[i+1]和k[j+1] 分别表示M'的区间<i,j>的右边界和下边界。
[0006]优选地，所述步骤七中，第一光条中心p_a'在第二图像上的对应投影p_b''的坐标[ u'',v'']，u''表示在第二图像上的横坐标，即图像列坐标，v''表示在第二图像上的纵坐标，选择u''在u[i]和u[i+1]之间的投影p_b''；由对极几何性质知，计算投影p_b''的坐标[ u'',v'']对应在所述第二图像的极线l''=Fx''；其中，，F为第一相机模块和第二相机模块的双目标定关系的基本矩阵，和为极线方程的两个参数，极线方程为，x、y分别为第二图像的横坐标和纵坐标；进而得到投影p_b''的极线斜率，根据投影p_b''的坐标[ u'',v'']中 u''和确定在二维匹配容器M中对应区间为M'<i, j>，则所述第一光条中心p_a'与所述第二光条中心p_b'，坐标[u', v']对应。
[0007]优选地，所述步骤一中，根据所述测高模块和所述第一相机模块的双目标定关系，将所述测高模块测得的点云信息转换到所述第一相机模块的坐标系下；根据所述第一相机模块的单目标定的内参将所述第一相机模块的坐标系的点云信息映射到所述第一相机模块的第一预设图像上，得到所述测高模块和所述第一相机模块的映射关系，基于映射关系，通过所述第一相机模块的像素点的坐标搜索到所述第一相机模块坐标系下的第一空间坐标。
[0008]优选地，所述步骤七中：通过步骤一获得的映射关系得到第一光条中心p_a'的第一空间坐标 P''（x1, y1, z1），根据第一相机模块和第二相机模块的双目标定关系确定第一空间坐标 P''在第二相机模块的坐标系下的第二空间坐标 P_b''（x2, y2, z2），进而根据所述第二相机模块
的内参确定空间坐标 P_b''在第二图像的投影p_b''的坐标[ u'',v'']。
[0009]优选地，所述测高模块为低精度深度相机。
[0010]优选地，所述步骤二中，基于所述第二相机模块的第二预设图像的所有像素点形成极线簇；所述步骤三中，所述极线簇中的所述极线被按照极线斜率划分为n个区间，使得所述第二相机模块的第二预设图像的所有像素点的极线均落入对应区间中。
[0011]优选地，所述步骤五中，基于被投射在被测物面上的激光条提取第一图像的若干第一光条中心和第二图像的若干第二光条中心具体为：确定激光条在所述第一图像中的图像行的第一灰度曲线，对所述第一灰度曲线进行求导，则第一灰度曲线在导数为0处取得最大值，即为所述第一光条中心，所求解的数量为所述第一光条中心的数量；确定激光条在所述第二图像中的图像行的第二灰度曲线，对所述第二灰度曲线进行求导，则第二灰度曲线在导数为0处取得最大值，即为所述第二光条中心，所求解的数量为所述第二光条中心的数量。
[0012]优选地，所述测高模块设置所述第一相机模块和所述第二相机模块之间靠近所述第二相机模块的一侧，或者，位于所述第二相机模块远离所述第一相机模块的一侧。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术还采用如下的技术方案：一种基于双目视觉的多线激光扫描系统，包括呈角度设置的第一相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的多线激光扫描方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：包括呈角度设置的第一相机模块、第二相机模块和测高模块，还包括用于发射若干激光条的多线激光器和用于将激光条投射到被测物面上进行扫描的镜面旋转机构；步骤一、利用所述测高模块拍摄被测物面得到被测物面的点云信息，计算对应的点云信息在所述第一相机模块下的映射关系，使得所述第一相机模块的第一预设图像中的像素点能够通过映射关系获得空间坐标；步骤二、基于对极几何，计算第二相机模块的第二预设图像的每个像素点对应的极线斜率，建立极线斜率表；步骤三、基于第二相机模块的图像列和极线斜率构建二维匹配容器M，二维匹配容器M为m*n个二维区间，m表示沿图像列将第二相机模块的第二预设图像划分为m个区间，n表示沿极线斜率将第二相机模块的第二预设图像划分成n个区间，定义图像列为竖向，对应横坐标，极线斜率为横向，对应纵坐标；步骤四、打开多线激光器，转动镜面旋转机构，将若干所述激光条投射在被测物面上，利用第一相机模块获取被测物面的第一图像，利用第二相机模块获取被测物面的第二图像；步骤五、基于被投射在被测物面上的激光条提取第一图像的若干第一光条中心和第二图像的若干第二光条中心；步骤六、遍历第二图像的若干第二光条中心，按照所述第二光条中心的图像列和极线斜率填入二维匹配容器M中对应区间；步骤七、遍历第一图像的若干第一光条中心，基于步骤一获得的映射关系、第一相机模块和第二相机模块的双目标定关系以及第二相机模块的内参，确定第一光条中心在第二图像上的对应投影坐标，并计算对应的极线斜率，填入二维匹配容器M中对应区间；确定某一第一光条中心的投影坐标落入和某一第二光条中心相同的对应区间；步骤八、根据矩阵[p_a', p_b']以及第一相机模块和第二相机模块的双目标定关系计算当前的多线激光的点云信息，p_a'为该第一光条中心在第一图像中的坐标，p_b'为该第二光条中心在第二图像中的坐标；步骤九、控制镜面旋转机构按照设定方向转动角度θ，重复步骤步骤四至步骤八，旋转N次，直至镜面旋转机构转完所有角度，得到N组点云信息，将其合并成点云图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤六中：某一第二光条中心p_b'，坐标[u', v']，u'表示第二光条中心p_b'在第二图像上的横坐标，即图像列坐标，v'表示第二光条中心p_b'在第二图像上的纵坐标，从极线斜率表中确定第二光条中心p_b'的极线斜率k'，由u'和k'确定在二维匹配容器M中对应区间M'<i, j>，i代表横坐标区间序号，j代表极线斜率区间序号；其中，u[i] ≤ u'< u[i+1]，k[j] ≤ k' < k[j+1]，u[i] 和k[j] 分别表示M'的区间<i,j>的左边界和上边界，u[i+1]和k[j+1] 分别表示M'的区间<i,j>的右边界和下边界。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤七中，第一光条中心p_a'在第二图像上的对应投影p_b''的坐标[ u'',v'']，u''表示在第二图像上的横坐标，即图像列坐标，v''表示在第二图像上的纵坐标，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王灿，胡晓宇，丁丁，
申请(专利权)人：杭州灵西机器人智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：