一种激光轮廓测量仪的标定方法技术

本申请公开了一种大视场激光轮廓测量仪的标定方法，包括将线激光轮廓测量仪系统模型，参数化为一个多项式映射函数B＝AX，将激光光平面或曲面在图像平面上的像素坐标A，通过多项式系数X映射到相机坐标系下的空间坐标B。通过对系统的标定获取A和B的观测值，从而求解得到X，实现激光轮廓测量仪的标定。本方法不涉及激光光平面方程的标定，因此不会受激光平面畸变影响，适用于大视场下有畸变和无畸变的线激光系统的精确标定。激光系统的精确标定。激光系统的精确标定。

【技术实现步骤摘要】
一种激光轮廓测量仪的标定方法


[0001]本专利技术涉及激光轮廓测量仪的标定技术，尤其涉及一种激光轮廓测量仪的标定方法。

技术介绍

[0002]随着我国制造工业的迅速发展，线激光轮廓测量仪越来越广泛地应用于3D工业智能制造领域。线激光轮廓测量仪是一个激光发射器和一个2D相机传感器组成的光学精密系统。激光发射器投射出一个标准光平面，通过系统标定获得该光平面方程参数，从而计算该光平面投射在物体表面的激光线的空间3D坐标。
[0003]在工业大场景应用中，由于受到制造成本限制，激光发射器在大视场投射范围(例如1.5m
‑
3m)，往往投射出的是一个非标准的带有畸变的曲面，从而使常规的光平面标定方法不再适用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种激光轮廓测量仪的标定方法，该方法基于多项式变换，与系统几何模型无关，且不涉及激光光平面方程的求解，因此不会受激光平面畸变影响，适用于大视场下有畸变和无畸变的线激光系统的精确标定。
[0005]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种激光轮廓测量仪的标定方法，包括：
[0007]S1、将线激光轮廓测量仪系统模型参数化为一个多项式映射函数B＝AX，将激光光平面或曲面在图像平面上的像素坐标A通过多项式系数X映射到相机坐标系下的空间坐标B；
[0008]S2、通过对系统的标定获取A和B的观测值；
[0009]S3、求解得到X，实现激光轮廓测量仪的标定。
[0010]在一实施例中，所述S1包括：
[0011]S11、建立激光光平面或曲面在图像平面上的像素坐标(u，v)与相机坐标系下的空间坐标xyz的映射函数模型xyz＝f(u，v)；
[0012]S12、将映射函数模型f(u，v)参数化为一个K阶线性多项式：
[0013]x＝a1u
k
+a2v
k
+a3u
k
‑1v+a4uv
k
‑1+
…
+a
n
‑2u+a
n
‑1v+a
n
[0014]y＝b1u
k
+b2v
k
+b3u
k
‑1v+b4uv
k
‑1+
…
+b
n
‑2u+b
n
‑1v+b
n
[0015]z＝c1u
k
+c2v
k
+c3u
k
‑1v+c4uv
k
‑1+
…
+c
n
‑2u+c
n
‑1v+c
n
[0016]s.t.(u，v)∈P(π
l
)；
[0017]其中，P(π
l
)是激光光平面或曲面在相机像平面上的投影；
[0018]S13、令B＝[x，y，z]，A＝[u
k v
k u
k
‑1v uv
k
‑1ꢀ…ꢀ
u v]，
[0019][0020]将上式改写为B＝AX。
[0021]在一实施例中，所述S2包括：
[0022]S21、将标定板摆放N个不同位姿，拍摄N个标定板图像；
[0023]S22、每拍摄一张标定板图像后，保持标定板当前位置不变，将激光线清晰地打在标定板上，再拍摄一张激光标定板图像，共拍摄N个激光标定板图像；
[0024]S23、根据N个标定板图像，计算相机的内参M、镜头畸变系数D和标定板到相机的外参[R，7]；
[0025]S24、根据相机内参M和镜头畸变系数D，对N个激光标定板图像去畸变；
[0026]S25、对去畸变后的激光标定板图像提取激光线的像素坐标(u
i
，v
i
)，将(u
i
，v
i
)变换成[u
k v
k u
k
‑1v uv
k
‑1ꢀ…ꢀ
u v]的形式，即获得了A的观测值；
[0027]S26、根据标定过程中得到的标定板平面与相机成像平面的单应矩阵H，计算激光线的齐次坐标(u
i
，v
i
，1)在世界坐标系下的坐标(x
w
，y
w
，z
w
)，
[0028](x
w
，y
w
，z
w
)＝H(u
i
，v
i
，1)
T
；
[0029]S27、根据标定过程中得到的标定板坐标到相机坐标的外参变换矩阵[R，7]，将(x
w
，y
w
，z
w
)转换到相机坐标系下的坐标(x
c
，y
c
，z
c
)：
[0030](x
c
，y
c
，z
c
)＝R(x
w
，y
w
，z
w
)+T
[0031]即获得了B的观测值。
[0032]在一实施例中，所述S2中采用标定板坐标系作为世界坐标系。
[0033]在一实施例中，所述S3中，通过最小二乘法求解X：
[0034]X＝(A
T
A)
‑1A
T
B。
[0035]在一实施例中，所述S3中，通过最小化一个目标函数L，求解X：
[0036][0037]X
*
＝argmin
X
L(X)。
[0038]本专利技术实施例的有益效果是：通过采用一种新的基于多项式变换的标定方法，与系统几何模型无关，且该方法不涉及激光光平面方程的求解，因此不会受激光平面畸变影响，适用于大视场下有畸变和无畸变的线激光系统的精确标定。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0040]在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本专利技术的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光轮廓测量仪的标定方法，其特征在于，包括：S1、将线激光轮廓测量仪系统模型参数化为一个多项式映射函数B＝AX，将激光光平面或曲面在图像平面上的像素坐标A通过多项式系数X映射到相机坐标系下的空间坐标B；S2、通过对系统的标定获取A和B的观测值；S3、求解得到X，实现激光轮廓测量仪的标定。2.根据权利要求1所述的激光轮廓测量仪的标定方法，其特征在于，所述S1包括：S11、建立激光光平面或曲面在图像平面上的像素坐标(u，v)与相机坐标系下的空间坐标xyz的映射函数模型xyz＝f(u，v)；S12、将映射函数模型f(u，v)参数化为一个K阶线性多项式：x＝a1u
k
+a2v
k
+a3u
k
‑1v+a4uv
k
‑1+...+a
n
‑2u+a
n
‑1v+a
n
y＝b1u
k
+b2v
k
+b3u
k
‑1v+b4uv
k
‑1+...+b
n
‑2u+b
n
‑1v+b
n
z＝c1u
k
+c2v
k
+c3u
k
‑1v+c4uv
k
‑1+...+c
n
‑2u+c
n
‑1v+c
n
s.t.(u，v)∈P(π
l
)；其中，P(π
l
)是激光光平面或曲面在相机像平面上的投影；S13、令B＝[x，y，z]，A＝[u
k v
k u
k
‑1v uv
k
‑
1 ... u v]，将上述K阶线性多项式改写为B＝AX。3.根据权利要求2所述的激光轮廓测量仪的标定方法，其特征在于，所述S2包括：S21、将标定板摆放N个不同位姿，拍摄N个标定板图像；S22、每拍摄一张标定板图像后，保持标定板当前位置不变，将激光线清晰地打在标定板上，再拍摄一张激光标定板图像，共拍摄N个激光标定板图像；S23、根据N个标定板图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华，陈远，郭洽鑫，
申请(专利权)人：高铭科维科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：