一种以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法技术

本发明专利技术公开了一种以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法，首先使用相机拍摄N组不同位姿无线激光的标定板图片；然后使用滑轨在测量范围内步进固定距离，相机拍摄M组姿态一致的有线激光图片；接下来进行对N组标定图片相机标定，然后对每列M组激光线y轴坐标与垂直标记Z轴距离进行非线性拟合，得到拟合后的若干参数，这样相机视场内任意位置的光条中心都能求得深度数据；最后通过相机内参，得到光条中心点云的Y轴分量；本发明专利技术能够得到以线激光器为主视角的最有效的深度信息，这样在后处理过程中激光线若干段结构关系可以用二维平面关系去处理。平面关系去处理。平面关系去处理。

【技术实现步骤摘要】
一种以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法


[0001]本专利技术属于激光
，尤其涉及一种以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法。

技术介绍

[0002]3D线激光相机主要由相机与线激光器组成，具有非接触式测量、灵活性好、速度快、精度高等优点，广泛应用于检测和逆向工程等测量应用领域。但在实际应用过程中，由于线激光器出射透镜很难圆滑，导致激光出射很难保持一定直线，那么使用激光光刀法所求得是一个平面系数，不能真正表达激光面的空间结构，导致最终求得的点云精度的不够精准；为了解决此问题，对每一列像素M组数据采用非线性拟合能够有效的表达真实的点云空间坐标，保证所得数据得准确性。
[0003]现有的线激光大部分是以直射式为主要安装结构，使用相机视角为主成像视角，对一些形状规则的物体，其扫描出来的信息不够直观，需要进一步的坐标转换才能获得最有效的深度信息，而坐标转换则需要额外的工具来辅助获得，单独的线激光相机得不到坐标转换矩阵。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为了解决该问题，本专利技术使用以线激光器为主视角的重建模型，能够直观得观察到最有效的深度数据，在此基础上以二维平面的方式去处理激光线若干段的结构关系，可轻松获得被测物结构关系。
[0005]具体的，本专利技术公开的一种以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：设置3D线激光相机、线激光器、滑轨和标定板的位置；
[0007]步骤2：相机标定：获得相机标定参数：相机内参、畸变系数；
[0008]步骤3：光条中心线提取与非线性拟合参数确定；
[0009]步骤4：通过相机内参与深度信息Z，得到光条中心点云的X，Y轴分量。
[0010]进一步的，步骤1具体为：
[0011]保持相机与线激光器相对位置不变，线激光器出射方向与滑轨水平方向平行，放置于滑轨一端；标定板设置在滑轨支架上，可在滑轨上不同位置滑动，同时标定板还可相对滑轨支架旋转，放置于滑轨另一端。
[0012]进一步的，步骤2具体为：
[0013](1)关闭线激光器，相机在辅助光源的帮助下拍摄标定板图案，采集N组用于相机标定的标定板图片，确保每组标定板位置都不相同；
[0014](2)先计算相机的内参与外参初值，再对参数进行非线性优化求得畸变参数，最后全局优化得到全局参数的最优解；
[0015][0016][0017][0018]其中，A表示相机的内参，s表示为缩放系数；表示第i组图片的某一特征点的图像坐标；表示第i组图片的对应特征点在世界坐标系下的三维坐标；表示未受畸变影响的像素坐标；表示受畸变影响的像素坐标；k1,k2,k3,p1,p2表示相机径向畸变与切向畸变系数，其中f表示镜头焦距，S
x
,S
y
表示相机CCD上单个像素横向与纵向的大小，γ表示镜头的倾斜系数，u0、v0表示图像坐标系中的原点横向与纵向位置大小，R
i
、t
i
表示第i个位姿下世界坐标系到图像坐标系的旋转与平移矩阵，表示第i个位姿下世界坐标系到图像坐标系的旋转与平移矩阵，
[0019]上述表示非线性全局优化过程，A,R
i
,t
i
,k1,k2,k3,p1,p2都是待优化的参数，引入不变的已知量是每一组的图像坐标与对应的世界坐标，N1、N2分别表示标定板特征点横向与纵向的个数。
[0020]进一步的，步骤3具体为：
[0021](1)拍摄M组有激光线的图片，滑轨每组移动固定的距离，然后记录每组真实的离线激光器距离值；然后线激光器打开，相机曝光时间调整到图片上的激光线饱合且无大量过曝，拍摄含有激光线的图片；
[0022](2)对包含激光线的图片进行基于Steger算法的中心线提取，校正图中含有的径向畸变与切向畸变；
[0023](3)通过相似三角形原理，得到M组相同列中心线像素Y轴位置与真实距离Z值的表达关系式，经过简化得到含有4个参数的表达关系式，然后使用非线性拟合得到4个参数值：
[0024][0025][0026]其中，y
′
表示图像传感器上物理尺寸的位移，此量含有方向，传感器中心位置向上方向为负，传感器中心列位置向下方向为正；Z
′
表示沿光平面纵向位移，此量含有方向，位移方向上表示为负，位移方向上表示为正；f表示镜头的焦距；激光平面和主光轴的交点为H2，l表示镜头前主点到H2的距离；θ表示相机主光轴与激光平面的夹角；
[0027]y＝y0+y
′
,Z＝Z0+Z
′
[0028][0029][0030]y0表示相机中心纵向的物理尺寸大小，y表示标定板步进后，线激光反射到相机CCD上位置的物理尺寸大小；Z0表示标定板初始位置时相对激光器的距离，Z是表示标定板步进时，标定板相对激光器的距离，统一及简化上述公式，最后使用非线性拟合上述公式，最终求得拟合参数a,b,c,d。
[0031]进一步的，步骤4具体为：
[0032]通对其它两维信息，利用相机内参结构与已经求得的深度信息共同得到：
[0033]X＝Z(αu+γv+u0)
[0034]Y＝Z(βv+v0)
[0035]其中，u,v表示图片上激光线中心点的横纵向数值，X,Y表示点云的X与Y轴分量。
[0036]本专利技术的有益效果如下：
[0037]本专利技术能够得到以线激光器为主视角的最有效的深度信息，这样在后处理过程中激光线若干段结构关系可以用二维平面关系去处理，不再需要辅助工具。
附图说明
[0038]图1为线激光相机标定图；
[0039]其中：1
‑
相机；2
‑
线激光器；3
‑
所使用的标定板；4
‑
滑轨。
具体实施方式
[0040]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变换或替换，均属于本专利技术的保护范围。
[0041]线激光器采用三角反射原理，其中的感光板是一个矩阵，因此可以画一条激光线，同时可以测量线上所有点的位移或距离。本专利技术的一种以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法，包括以下步骤：
[0042]步骤1：设置3D线激光相机、线激光器、滑轨和标定板的位置；
[0043]步骤2：相机标定：获得相机标定参数：相机内参、畸变系数；
[0044]步骤3：光条中心线提取与非线性拟合参数确定；
[0045]步骤4：通过相机内参与深度信息Z，得到光条中心点云的X，Y轴分量。相机的内参矩阵(Intrinsics)在出厂之后就是固定了。
[0046]步骤1具体为：
[0047]保持相机1与线激光器2相对位置不变，线激光器2出射方向与滑轨4水平方向平行，放置于滑轨4一端；标定板3设置在滑轨支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设置3D线激光相机、线激光器、滑轨和标定板的位置；步骤2：相机标定：获得相机标定参数：相机内参、畸变系数；步骤3：光条中心线提取与非线性拟合参数确定；步骤4：通过相机内参与深度信息Z，得到光条中心点云的X，Y轴分量。2.根据权利要求1所述的以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法，其特征在于，所述步骤1具体为：保持相机与线激光器相对位置不变，线激光器出射方向与滑轨水平方向平行，放置于滑轨一端；标定板设置在滑轨支架上，可在滑轨上不同位置滑动，同时标定板还可相对滑轨支架旋转，放置于滑轨另一端。3.根据权利要求1所述的以线激光器为主视角的3D线激光相机的标定方法，其特征在于，所述步骤2具体为：(1)关闭线激光器，相机在辅助光源的帮助下拍摄标定板图案，采集N组用于相机标定的标定板图片，确保每组标定板位置都不相同；(2)先计算相机的内参与外参初值，再对参数进行非线性优化求得畸变参数，最后全局优化得到全局参数的最优解；优化得到全局参数的最优解；优化得到全局参数的最优解；其中，A表示相机的内参，s表示为缩放系数；表示第i组图片的某一特征点的图像坐标；表示第i组图片的对应特征点在世界坐标系下的三维坐标；表示未受畸变影响的像素坐标；表示受畸变影响的像素坐标；k1,k2,k3,p1,p2表示相机径向畸变与切向畸变系数，畸变系数，其中f表示镜头焦距，S
x
,S
y
表示相机CCD上单个像素横向与纵向的大小，γ表示镜头的倾斜系数，u0、v0表示图像坐标系中的原点横向与纵向位置大小，R
i
、t
i
表示第i个位姿下世界坐标系到图像坐标系的旋转与平移矩阵，表示第i个位姿下世界坐标系到图像坐标系的旋转与平移矩阵，上述表示非线性全局优化过程，A,R
i
,t
i
,k1,k2,k3,p1,p2都是待优化的参数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程进，徐乃涛，孙其梁，李宋泽，梁一超，
申请(专利权)人：无锡微视传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：