一种适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法，所述方法包括：3D传感器的测量激光对齐标定线，测量得到3D传感器下的3D坐标；通过三坐标测量臂沿着标定线测量，获得标定线在三坐标测量臂下的3D坐标；将3D传感器下的3D坐标和三坐标测量臂下的3D坐标的点云坐标通过直线拟合算法，分别得到锯齿靶标的折线线段；利用直线相交算法分别计算锯齿靶标的折线线段，得到标定线上折点的3D坐标；通过多个折点的3D坐标对齐，获得该线激光3D传感器坐标与三坐标测量臂坐标之间的转换矩阵，从而得到不同线激光3D传感器坐标系之间的外参转换矩阵，完成全局标定。完成全局标定。完成全局标定。

【技术实现步骤摘要】
一种适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法及装置，属于视觉测量


技术介绍

[0002]线激光3D传感器是目前应用较为广泛的一类基于激光测量的非接触式传感器，能够直接测量激光在被测量物体表面所形成的激光光条的3D坐标，广泛应用于尺寸测量、三维扫描等场合。但每一个线激光3D传感器的测量坐标都基于其自己的坐标系下，当应用多个线激光3D传感器时，不同的传感器输出无法统一在一个坐标系下，无法完成系统级的测量。目前，实现多传感器全局标定的方法一般包括双目标定、多目标定等，但都需要开放传感器内部的视觉相机接口，获得原始图像信息，然后利用基于图像的视觉标定方法实现多个传感器的外参全局标定。其次，也可使用线激光3D传感器厂家自己提供的专用标定工具来实现，但这一般要求使用相同品牌的传感器，对于不同品牌、不同类型的传感器无法适用，给一些应用带来不便。
[0003]同时，由于线激光3D传感器的3D测量点都位于激光平面上，实际缺少一个维度，因此传统的利用3D靶标来实现多个3D传感器之间位置关系标定的方法无法直接使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法及装置，以解决传统的利用3D靶标来实现多个3D传感器之间位置关系标定的方法不能适用不同类型的传感器的缺陷。
[0005]一种适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法，所述方法包括：
[0006]将线激光3D传感器的激光投射到靶标的标定线上，使对齐标志在激光光条上、激光光条均落在标定线上；
[0007]3D传感器的测量激光对齐标定线，测量得到3D传感器下的3D坐标；
[0008]通过三坐标测量臂沿着标定线测量，获得标定线在三坐标测量臂下的3D坐标；
[0009]将3D传感器下的3D坐标和三坐标测量臂下的3D坐标的点云坐标通过直线拟合算法，分别得到锯齿靶标的折线线段；
[0010]利用直线相交算法分别计算锯齿靶标的折线线段，得到标定线上折点的3D坐标；
[0011]通过多个折点的3D坐标对齐，获得该线激光3D传感器坐标与三坐标测量臂坐标之间的转换矩阵，从而得到不同线激光3D传感器坐标系之间的外参转换矩阵，完成全局标定。
[0012]进一步地，所述3D传感器下的3D坐标系为O
S
‑
xyz，测量的点云为：
[0013]L
S
＝{s1,s2,...,sn}。所有点云的集合表现为一段折线，利用直线拟合算法，计算该折线每一段的直线方程ax+by+cz+1＝0，使得：
[0014][0015]记相邻两个直线段p、q的方程分别为a
p
x+b
p
y+c
p
z+1＝0、a
q
x+b
q
y+c
q
z+1＝0；计算两直线段的垂线段的中点，为折点近似点，记所有的折点为SS＝{ss1,ss2,...,ss
t
}。
[0016]进一步地，所述三坐标测量臂坐标系为O
R
‑
xyz，测量的点云为：L
R
＝{r1,r2,...,rm}，通过直线拟合算法，计算该折线每一段的直线方程ax+by+cz+1＝0，使得：
[0017][0018]记相邻两个直线段p、q的方程分别为a
p
x+b
p
y+c
p
z+1＝0、a
q
x+b
q
y+c
q
z+1＝0，计算两直线段的垂线段的中点，为折点近似点，记为RR＝{rr1,rr2,...,rr
t
}。
[0019]进一步地，所述折点SS和RR在空间中是一一对应的关系，采用最小二乘法求解方程：RR＝R
S
‑
R
·
SS+T
S
‑
R
，得到坐标系O
S
‑
xyz到O
R
‑
xyz的转换关系，旋转矩阵R
S
‑
R
和平移矩阵T
S
‑
R
。
[0020]进一步地，所述3D传感器是转换关系为：GG＝R
G
‑
R
‑1R
S
‑
R
SS+R
G
‑
R
‑1(T
S
‑
R
‑
T
G
‑
R
)。
[0021]进一步地，所述对齐标志数量为3个，设置在标定线两端和中间，且3个对齐标志不共线。
[0022]一种适用多个线激光3D传感器外参全局标定装置，包括锯齿靶标、三坐标测量臂和线激光3D传感器；
[0023]所述锯齿靶标设有至少两个锯齿、一条标定线，且标定线两端和中间设置对齐标志；
[0024]所述三坐标测量臂设于锯齿靶标端部，用于测量标定线在三坐标测量臂下的3D坐标；
[0025]所述线激光3D传感器设于锯齿靶标上方，所述线激光3D传感器的测量激光通过标定线两端和中间的对齐标志对齐标定线，测量线激光3D传感器的3D坐标。
[0026]进一步地，所述标定线垂直于锯齿设置，并与锯齿共面。
[0027]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本方法进一步扩大多个线激光3D传感器外参标定的灵活性，一是不需要利用传感器的图像信息，不需要开发内部接口；二是可用于不同品牌、不同类型的线激光3D传感器，例如基于三角视觉原理或发射式等；三是对多个传感器的测量视场没有要求，不要求存在公共视场。
附图说明
[0028]图1是本专利技术示意图。
具体实施方式
[0029]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。
[0030]本专利技术提出一种多个线激光3D传感器外参全局标定方法，所述方法包括步骤如下：
[0031]利用标定线两端和中间的对齐标点使得线激光3D传感器的测量激光对齐标定线，测量得到传感器下的3D坐标。
[0032]利用三坐标测量臂沿着标定线测量，获得标定线在三坐标测量臂下的3D坐标。
[0033]分别利用上述两个坐标系下的点云坐标，通过直线拟合算法，分别得到锯齿靶标的折线线段；
[0034]利用直线相交算法，得到标定线上不少于3个折点的3D坐标。
[0035]通过两个坐标系下多个折点的3D坐标对齐，获得该线激光3D传感器坐标系与三坐标测量臂坐标系之间的转换矩阵。
[0036]对于其他线激光3D传感器，重复上述过程，获得其他线激光3D传感器与三坐标测量臂坐标系之间的转换矩阵。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法，其特征在于，所述方法包括：将线激光3D传感器的激光投射到靶标的标定线上，使对齐标志在激光光条上、激光光条均落在标定线上；3D传感器的测量激光对齐标定线，测量得到3D传感器下的3D坐标；通过三坐标测量臂沿着标定线测量，获得标定线在三坐标测量臂下的3D坐标；将3D传感器下的3D坐标和三坐标测量臂下的3D坐标的点云坐标通过直线拟合算法，分别得到锯齿靶标的折线线段；利用直线相交算法分别计算锯齿靶标的折线线段，得到标定线上折点的3D坐标；通过多个折点的3D坐标对齐，获得该线激光3D传感器坐标与三坐标测量臂坐标之间的转换矩阵，从而得到不同线激光3D传感器坐标系之间的外参转换矩阵，完成全局标定。2.根据权利要求1所述的适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法，其特征在于，所述3D传感器下的3D坐标系为O
S
‑
xyz，测量的点云为：L
S
＝{s1,s2,...,sn}。所有点云的集合表现为一段折线，利用直线拟合算法，计算该折线每一段的直线方程ax+by+cz+1＝0，使得：记相邻两个直线段p、q的方程分别为a
p
x+b
p
y+c
p
z+1＝0、a
q
x+b
q
y+c
q
z+1＝0；计算两直线段的垂线段的中点，为折点近似点，记所有的折点为SS＝{ss1,ss2,...,ss
t
}。3.根据权利要求2所述的适用多个线激光3D传感器外参全局标定方法，其特征在于，所述三坐标测量臂坐标系为O
R
‑
xyz，测量的点云为：L
R
＝{r1,r2,...,rm}，通过直线拟合算法，计算该折线每一段的直线方程ax+by+cz+1＝0，使得：记相邻两个直线段p、q的方程分别为a
p
x+b
p
y+c
p
z+1＝0、a
q
x+b
q
y+c
q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李苏祺，刘浩，舒静雯，陆晓隽，
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：