本发明专利技术公开了一种2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法，所述方法包括：将不少于3个圆柱体特征的靶标放置于线激光3D传感器和2D面阵相机的共同测量位置，2D面阵相机获取三组激光面和圆柱的交线的图像，再分别获取三组激光光条的图像坐标；根据光条点的3D坐标计算得到其在2D面阵相机坐标系下的3D坐标，并利用椭圆拟合算法分别计算得到三个椭圆圆心位置坐标；从线激光3D传感器上直接获取三组激光光条在3D传感器坐标系下的3D坐标，并利用椭圆拟合算法分别计算得到三个椭圆圆心位置坐标；利用2D面阵相机的的3D坐标和线激光3D传感器的3D坐标，计算得到两个坐标系之间的转换距离，完成联合标定。完成联合标定。完成联合标定。
【技术实现步骤摘要】
一种2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法及装置
[0001]本专利技术涉及一种2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法及装置，属于视觉3D测量
技术介绍
[0002]基于线激光的3D传感器已成为市场上重要的传感器类型，并已有相当多的成熟产品。线激光3D传感器将线激光投射到被测物体表面，经过物体表面调制后形成光条，被图像传感器采集后经过计算处理，可直接输出物体表面光条的3D点坐标。其中，测量坐标系由传感器自行定义，其具体位置以及3D传感器的内部参数一般不公开，这给需要搭建多类型、异构的视觉测量系统带来不便。
[0003]目前，在使用到两个及以上工业相机的多目视觉测量系统中，每个单独的视觉传感器的测量结果需要统一到一个3D坐标系下，则需要知道多个视觉传感器之间的相对位置关系，由旋转矩阵R和平移向量t表示。获取R、t矩阵的过程被称为双目或多目工业相机之间的外参标定，一般会利用到每个工业相机的内部参数，借助二维平面靶标、立体靶标等方式完成。但一些集成好的3D传感器一般只输出自己定义坐标系下的三维坐标，不对外开放自己的内部参数以及由相机拍摄的过程图像，因此利用现有传统方法进行多传感器之间的外参标定。例如，在使用线激光3D传感器和2D面阵相机的组合式测量系统中，需要将线激光3D传感器的输出结果导入到其他2D面阵相机的坐标系下，则即需要获得2D面阵相机与3D传感器的相对位置关系，但由于3D传感器不公开内部参数，且不输出图像信息，使得传统的双目标定方法无法使用。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法及装置，以解决现有技术的缺陷。
[0005]一种2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法，所述方法包括：
[0006]将线激光3D传感器的线激光与2D面阵相机组成线结构光视觉模型，采用二维平面靶标方法完成线结构光视觉模型标定；
[0007]建立线激光3D传感器的3D坐标系原点在2D面阵相机的光心处，获得2D面阵相机上光条点的3D坐标；
[0008]将不少于3个圆柱体特征的靶标放置于线激光3D传感器和2D面阵相机的共同测量位置，2D面阵相机获取三组激光面和圆柱的交线的图像，再分别获取三组激光光条的图像坐标；
[0009]根据光条点的3D坐标计算得到其在2D面阵相机坐标系下的3D坐标，并利用椭圆拟合算法分别计算得到三个椭圆圆心位置坐标；
[0010]从线激光3D传感器上直接获取三组激光光条在3D传感器坐标系下的3D坐标，并利用椭圆拟合算法分别计算得到三个椭圆圆心位置坐标；
[0011]利用2D面阵相机的的3D坐标和线激光3D传感器的3D坐标，计算得到两个坐标系之间的转换距离，完成联合标定。
[0012]进一步地，所述获得2D面阵相机上光条点的3D坐标的方法包括：
[0013]线结构光视觉模型的X轴为感光面横轴方向，Y轴为感光面纵轴方向；
[0014]获得2D面阵相机的内参为：
[0015][0016]则2D面阵相机上某一光条点的图像坐标与其3D坐标关系有：
[0017]s
·
[u v 1]T
＝K
·
[x y z]T
[0018]经过线结构光视觉模型标定后，其激光面在2D面阵相机下坐标为：
[0019][a b c d]·
[x y z 1]T
＝0
[0020]由上述等式，即可获得2D面阵相机上某一光条点的3D坐标为：
[0021][0022]进一步地，所述圆柱体特征平行安装于一个平面上，多个圆柱体的中心轴线的任意三个不共面，且安装后圆柱体之间的相对位置关系不变。
[0023]进一步地，所述靶标至少摆放一次完成标定。
[0024]进一步地，所述靶标摆放能够获得激光面与三个圆柱体的交线，并同时在3D传感器和2D面阵相机的采集范围内。
[0025]一种2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定装置，包括不少于3个圆柱体的标定靶标、线激光3D传感器和2D面阵相机；
[0026]所述靶标的每个圆柱体中轴线相互平行，且任意三个圆柱体的中轴线均不在同一平面；
[0027]在标定时，将多圆柱体靶标放置于线激光3D传感器和2D面阵相机的公共测量区域内，则线激光3D传感器的线激光与圆柱体相交，形成3个弧形的激光光条，2D面阵相机与线激光构成线结构光视觉模型，基于平面靶标的方式完成标定。
[0028]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0029]本专利技术提出一种基于多圆柱体靶标的2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法及装置，与传统方法相比，一是可直接利用3D传感器的测量结果，不需要其开放内部参数，不需要获取其拍摄的二维图像；二是不需要制作特别精密的靶标，仅对圆柱体的圆柱度提出要求，使用机加车削的加工难度低，且不需要提前获取靶标特征点的坐标值；三是不考虑随机误差的情况下，仅需摆放拍摄一次即可完成联合标定，不依赖于多次摆放。
附图说明
[0030]图1是本专利技术装置示意图；
[0031]图中：1
‑
线激光3D传感器；2
‑
2D面阵相机；3
‑
靶标；4
‑
激光面；5
‑
激光面与靶标圆柱特征相交形成的椭圆弧线段。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0033]本专利技术公开了一种2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法，所述方法包括：
[0034](1)制作包含不少于3个圆柱体特征的靶标，其圆柱体特征平行安装于一个平面上，多个圆柱体的中心轴线的任意三个不共面，安装后保证圆柱体之间的相对位置关系不变；
[0035](2)固定线激光3D传感器与2D面阵相机位置，其测量区域重叠；
[0036](3)线激光3D传感器的线激光与2D面阵相机组成单独的线结构光视觉模型，采用二维平面靶标方法完成该线结构光视觉模型标定，建立其3D坐标系原点在2D面阵相机的光心处，X轴为感光面横轴方向，Y轴为感光面纵轴方向。
[0037]获得2D面阵相机的内参为：
[0038][0039]则2D面阵相机上某一光条点的图像坐标与其3D坐标关系有：
[0040]s
·
[u v 1]T
＝K
·
[x y z]T
[0041]经过线结构光视觉模型标定后，其激光面在2D面阵相机下坐标为：
[0042][a b c d]·
[x y z 1]T
＝0
[0043]由上述等式，即可获得2D面阵相机上某一光条点的3D坐标为：
[0044]x＝z
·
(u
‑
u0)/fx
[0045]y＝z
·<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法，其特征在于，所述方法包括：将线激光3D传感器的线激光与2D面阵相机组成线结构光视觉模型，采用二维平面靶标方法完成线结构光视觉模型标定；基于标定建立线激光3D传感器的3D坐标系原点在2D面阵相机的光心处，获得2D面阵相机上光条点的3D坐标；将不少于3个圆柱体特征的靶标放置于线激光3D传感器和2D面阵相机的共同测量位置，2D面阵相机获取三组激光面和圆柱的交线的图像，再分别获取三组激光光条的图像坐标；根据光条点的3D坐标计算得到其在2D面阵相机坐标系下的3D坐标，并利用椭圆拟合算法分别计算得到三个椭圆圆心位置坐标；从线激光3D传感器上直接获取三组激光光条在3D传感器坐标系下的3D坐标，并利用椭圆拟合算法分别计算得到三个椭圆圆心位置坐标；利用2D面阵相机的的3D坐标和线激光3D传感器的3D坐标，计算得到两个坐标系之间的转换距离，完成联合标定。2.根据权利要求1所述的2D面阵相机与线激光3D传感器联合标定方法，其特征在于，所述获得2D面阵相机上光条点的3D坐标的方法包括：线结构光视觉模型的X轴为感光面横轴方向，Y轴为感光面纵轴方向；获得2D面阵相机的内参为：则2D面阵相机上某一光条点的图像坐标与其3D坐标关系有：s
·
[uv1]
T
＝K
·
【专利技术属性】
技术研发人员：李苏祺，魏志鹏，黄磊，程转伟，
申请(专利权)人：江苏集萃智能光电系统研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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