一种双目线激光3D相机的外参标定方法技术

本发明专利技术公开的一种双目线激光3D相机的外参标定方法，包括采集点云，运动机构带动3D棱台由一侧向另一侧运动时，同步触发双目线激光3D相机拍照，获取3D棱台的点云信息，提取3D棱台点云，从点云P

【技术实现步骤摘要】
一种双目线激光3D相机的外参标定方法


[0001]本专利技术涉及工业机器视觉3D测量领域，更具体的，涉及一种双目线激光3D相机的外参标定方法。

技术介绍

[0002]在工业领域，单目线激光3D相机是由一个相机与一个激光线投射器组成的测量仪器，如图1所示。其原理是，镜头接收物体漫反射光在CMOS成像，通过检测激光线位置的变化，根据三角测量法，获取高度信息。目前已被广泛应用于高度、厚度、宽度、半径、平坦度、角度、位置、形状等的测量和定位过程中，具有非接触、精度高、速度快、不依赖外部光源等优点。
[0003]由于单目相机的光学特性和视野限制，不能满足一次拍照即可获取物体前后两侧截面轮廓信息的问题，即不能获取物体背对相机侧的截面轮廓信息，需要先正向扫描一次，再借助旋转机构对相机或物体旋转180
°
，然后进行二次扫描，再对两次扫描的点云进行融合，其缺点是，速度慢、融合精度底。通过引入双目系统，如图2所示，可以扩展相机视野，满足一次扫描即可获取物体前后两侧的轮廓信息的需求。同时，使用双目线激光相机，可以避免旋转机构的使用，提高扫描速度和融合精度底。另外，因为相机和镜头本身为线激光相机的组成部分，可以一次标定长期使用，不随使用场景的变化而改变。

技术实现思路

[0004]为了解决上述至少一个技术问题，本专利技术提出了一种双目线激光3D相机的外参标定方法。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种双目线激光3D相机的外参标定方法，包括如下步骤：
[0006]S1：采集点云，运动机构带动3D棱台由一侧向另一侧运动时，同步触发双目线激光3D相机拍照，获取3D棱台的点云信息，其中左侧相机W采集到的点云记为P
w
，右相机M采集到的点云记为P
m
；
[0007]S2：提取3D棱台基座面，将P
w
的Z坐标按坐标数值进行N等分，记录等分后每一份点云的数量，获取3D棱台基座面，记为Bot
w
；同理，获得右相机M的3D棱台基座面Bot
m
；
[0008]S3：提取3D棱台点云，从点云P
w
剔除Bot
w
后的点云即为左侧3D棱台点云，记为Top
w
；同理，获得右相机M的3D棱台点云Top
m
；
[0009]S4：分割3D棱台点云，对点云Top
w
进行聚类运算，将3个棱台分割为独立的点云，分别记为Top
w1
、Top
w2
、Top
w3
，计算均值，记为C
w1
、C
w2
、C
w3
；
[0010]对点云；Top
m
进行聚类运算，将3个棱台分割为独立的点云，分别记为Top
m1
、Top
m2
、Top
m3
，并且计算它们的均值，记为C
m1
、C
m2
、C
m3
；
[0011]S5：拟合3D棱台各个表面，对分割后的点云进行平面拟合，得到平面方程；
[0012]S6，求取棱台的顶点坐标，联立各个平面方程，解方程即可得到平面间的角点，因为三个平面方程即可确定一个棱台角点；记左侧相机W计算到的角点坐标依次为WC
n
，记右
相机M计算到的角点坐标依次为MC
n
，其中n＝1，2，...，24；
[0013]S7，求取刚体变换矩阵T
mw
，将WC
n
和MC
n
进行点云配准，求出右相机M到左侧相机W的变换矩阵T
mw
；
[0014]令坐标A为右相机M的一个点，则其变换到左侧相机的坐标为A
t
＝T
mw
*A，实现坐标系的统一。
[0015]本专利技术一个较佳实施例中，在进行采集点云之前，调整双目线激光3D相机位姿，使激光平面垂直于于运动机构；再将3D棱台置于运动平台上，调整双目线激光3D相机的高度，使3D棱台位于相机视野中。
[0016]本专利技术一个较佳实施例中，S5中拟合3D棱台基座面的方法如下：对点云Bot
w
进行平面拟合，得到基座面的方程Bp
w
；同理，对点云Bot
m
进行平面拟合，得到基座面的方程Bp
m
；
[0017]Bp
w
：A1X+B1Y+C1Z＝D1[0018]Bp
m
：A2X+B2Y+C2Z＝D2。
[0019]本专利技术一个较佳实施例中，S5中拟合3D棱台顶面的方法如下：
[0020]左侧相机W的第一个棱台顶面，其点云的X范围为(C
w1
.X
‑
a/2，C
w1
.X+a/2)，其点云的Y范围为(C
w1
.Y
‑
a/2，C
w1
·
Y+a/2)，根据该范围从点云P
w
中筛选出顶面的点云T1
w
，然后进行平面拟合，得到顶面的方程T1p
w
；同理得到第二个和第三个棱台顶面的方程T2p
w
、T3p
w
，从点云P
m
中筛选出对应的3个棱台顶面，记方程分别为T1p
m
、T2p
m
、T3p
m
。
[0021]本专利技术一个较佳实施例中，步骤5中拟合3D棱台左侧面的方法如下：
[0022]左侧相机W的第一个棱台的左侧面，其点云的X范围为(C
w1
.X
‑
b/2，C
w1
.X
‑
a/2)，其点云的Y范围为(C
w1
.Y
‑
a/2，C
w1
.Y+a/2)，根据该范围可以从点云P
w
中筛选出左侧面的点云L1
w
，然后进行平面拟合，得到左侧面的方程L1p
w
；同理得到第二个和第三个棱台左侧面的方程L2p
w
、L3p
w
，从点云P
m
中筛选出对应的3个棱台左侧面，记方程分别为L1p
m
、L2p
m
、L3p
m
。
[0023]本专利技术一个较佳实施例中，S5中拟合3D棱台右侧面的方法如下：
[0024]左侧相机W的第一个棱台的右侧面，其点云的X范围为(C
w1
.X+a/2，C
w1
.X+b/2)，其点云的Y范围为(C
w1
.Y
‑
a/2，C
w1
.Y+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双目线激光3D相机的外参标定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1,采集点云，通过双目线激光3D相机拍照，获取3D棱台的点云信息，其中左侧相机W采集到的点云记为P
w
，右相机M采集到的点云记为P
m
；S2,提取3D棱台基座面，将P
w
的Z坐标按坐标数值进行N等分，记录等分后每一份点云的数量，获取3D棱台基座面，记为Bot
w
；同理，获得右相机M的3D棱台基座面Bot
m
；S3,提取3D棱台点云，从点云P
w
剔除Bot
w
后的点云即为左侧3D棱台点云，记为Top
w
；同理，获得右相机M的3D棱台点云Top
m
；S4,分割3D棱台点云，对点云Top
w
进行聚类运算，将3个棱台分割为独立的点云，分别记为Top
w1
、Top
w2
、Top
w3
，计算均值，记为C
w1
、C
w2
、C
w3
；对点云Top
m
进行聚类运算，将3个棱台分割为独立的点云，分别记为Top
m1
、Top
m2
、Top
m3
，并计算均值，记为C
m1
、C
m2
、C
m3
；S5,拟合3D棱台各个表面，对分割后的点云进行平面拟合，得到平面方程；S6，求取棱台的顶点坐标，联立各个平面方程，解方程即可得到平面间的角点；记左侧相机W计算到的角点坐标依次为WC
n
，记右相机M计算到的角点坐标依次为MC
n
，其中n＝1，2，...，24；S7，求取刚体变换矩阵T
mw
，将WC
n
和MC
n
进行点云配准，求出右相机M到左侧相机W的变换矩阵T
mw
；令坐标A为右相机M的一个点，则其变换到左侧相机的坐标为A
t
＝T
mw
*A，实现坐标系的统一。2.根据权利要求1所述的一种双目线激光3D相机的外参标定方法，其特征在于，在进行采集点云之前，调整双目线激光3D相机位姿，使激光平面垂直于于运动机构；再将3D棱台置于运动平台上，调整双目线激光3D相机的高度，使3D棱台位于相机视野中。3.根据权利要求2所述的一种双目线激光3D相机的外参标定方法，其特征在于，S5中拟合3D棱台基座面的方法如下：对点云Bot
w
进行平面拟合，得到基座面的方程Bp
w
；同理，对点云Bot
m
进行平面拟合，得到基座面的方程Bp
m
；Bp
w
：A1X+B1Y+C1Z＝D1Bp
m
：A2X+B2Y+C2Z＝D2。4.根据权利要求3所述的一种双目线激光3D相机的外参标定方法，其特征在于，S5中拟合3D棱台顶面的方法如下：左侧相机W的第一个棱台顶面，其点云的X范围为(C
w1
.X
‑
a/2，C
w1
.X+a/2)，其点云的Y范围为(C
w1
.Y
‑
a/2，C
w1
.Y+a/2)；根据该范围从点云P
w
中筛选出顶面的点云T1
w
，进行平面拟合，得到顶面的方程T1p
w
；同理得到第二个和第三个棱台顶面的方程T2p
w
、T3p
w
，从点云P
m
中筛选出对应的3个棱台顶面，记方程分别为T1p
m
、T2p
m
、T3p
m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓海涛，梁锐华，余章卫，
申请(专利权)人：苏州中科行智智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：