本申请公开了一种沙姆相机的标定方法、装置、系统及电子设备，所述标定方法包括：采集标定图像；获得二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵；获取实际成像平面与特征平面之间的单应性矩阵；基于单应性矩阵，通过实际成像平面上的像素位置，得到被测物实际真实高度。本申请具有能够提高沙姆线激光相机标定精度的效果。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及工业测量领域，尤其是涉及一种沙姆相机的标定方法、装置、系统及电子设备。
技术介绍
1、线激光三维测量技术是一种工业测量和表面重建的技术，由于其成本低、结构简单、精度高、测量速度快、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于工业、医学、交通等领域。线激光三维测量是基于激光三角法原理的一种非接触式测量，其原理是激光器产生线激光照射到被测物体，图像采集器件cmos从一定角度获取被测物体调制后的光条信息，然后测量系统依据获取的光条信息求出线激光照射处被测物体的三维坐标，之后进行尺寸测量和点云处理等操作。
2、在实际测量实践中，由于景深的限制难以在较大范围内清晰成像。为了扩大测量范围，通常有两种增大景深的方式：
3、第一种方法是通过缩小镜头的光圈可以一定程度上增大景深，但是光圈的减小是有一定限度的：(1)如果光圈太小，则会产生衍射，使得较小的细节信息变的模糊(即在最佳焦点下可解析的特征尺寸会变大)，(2)随着光圈的减小，进入图像传感器的光线也会越少，相应地，就要增大(激光器)功率或(相机)曝光时间，则会降低相机的工作效率。
4、第二种方法是采用沙姆定律，被摄物平面(激光平面)、镜头平面、成像平面交于一点，即将镜头逐渐倾斜，从而使倾斜的被摄物体获得最大的清晰范围。因此线激光3d相机，为了增大深度测量范围，通常采用沙姆结构。
5、然而，因为传统相机标定方法是在透镜平面和成像平面平行的情况下标定的，而沙姆相机的透镜平面和成像平面不是平行的，因此传统相机标定方法不能直接适用于沙姆相机标定。
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br/>技术实现思路
1、为了能够对沙姆相机进行标定，本申请提供一种沙姆相机的标定方法、装置、系统及电子设备。
2、第一方面，本申请提供的一种沙姆相机的标定方法，采用如下的技术方案：
3、一种沙姆相机的标定方法，所述标定方法包括：
4、采集标定图像；
5、获得二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵；
6、获取实际成像平面与特征平面之间的单应性矩阵；
7、基于单应性矩阵，通过实际成像平面上的像素位置，得到被测物实际真实高度。
8、通过采用上述技术方案，通过将二维标定靶置于激光平面附近，改变二维标定靶位姿采集多组标定图像，获得图像像素坐标和世界坐标之间的变换矩阵。然后，将二维标定靶置于高精度位移台上，再沿激光中心方向移动靶面采集标定图像，提取实际成像平面上的特征点和真实世界下的特征点，计算真实世界下的特征点构成的特征平面和实际成像平面之间的单应性矩阵，在得到单应性矩阵之后，我们就可以将实际成像平面上的像素位置，对应到真实高度，提高了沙姆线激光相机的标定精度。
9、可选的，所述获得二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵的具体方法为：
10、构建基于沙姆定律的成像系统几何模型；
11、基于建立的成像系统几何模型标定出二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵。
12、通过采用上述技术方案，由于沙姆线相机的投影平面和实际成像平面不平行，所以建立了一个成像系统几何模型，基于该模型进行标定，得到二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵，同时变换矩阵内包含有沙姆相机的内参、外参参数。
13、可选的，所述构建基于沙姆定律的成像系统几何模型的具体方法为：
14、采集若干组标定图像；
15、在倾斜的cmos真实像平面前面建立一个符合传统成像模型的虚拟像平面，oc-xcyczc为原点在相机光心的相机坐标系，三维世界点pw＝(xw,yw,zw)在真实像平面上的投影坐标p＝[u,v]，在虚拟像平面上的投影坐标p'＝[u',v']，传统的透视变换可以表示为：
16、
17、式中：s为变换比例系数，f为相机的焦距,dx和dy分别表示像素在x方向和y方向的实际物理尺寸，[u0,v0]是图像坐标系原点在像素坐标系中的坐标,r为3×3的旋转矩阵，t为3×1的平移向量；k为相机的内参矩阵，m为相机的外参矩阵。
18、可选的，所述基于建立的成像系统几何模型标定出二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵的具体方法为：
19、基于构建的成像系统几何模型，通过张正友标定算法进行初始标定，通过构造误差函数，利用非线性优化算法对标定结果进行优化，得到沙姆相机内参、外参、畸变系数和沙姆角最终值，获得二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵。
20、通过采用上述技术方案，基于构建的模型，利用张正友标定算法进行标定，标定的结果作为沙姆相机的内参和外参初始值，再构造误差函数，利用非线性优化算法计算最优解，得到沙姆相机内参、外参、畸变系数和沙姆角，获得二维图像像素坐标和三维世界坐标之间的变换矩阵。
21、可选的，所述获取实际成像平面与特征平面之间的单应性矩阵的具体方法为：
22、标定靶放置在位移台上，高精度位移台沿激光中心方向按照固定的位移量进行移动，每移动一个位置采集一组有激光图像和无激光图像，采集多组图像；
23、获取成像平面中特征点的图像像素坐标；
24、获取特征平面中特征点的世界坐标；
25、获得实际成像平面与特征平面之间的单应性矩阵。
26、可选的，所述获取实际成像平面中特征点的图像像素坐标的具体方法为：
27、将每组中有激光图像减去无激光图像，得到激光图像数据，再利用激光中心线提取算法提取激光的中心线，并进行直线拟合，得到激光中心线的直线方程y＝ax+b，然后再对无激光图像进行角点检测，再对同一列方向上检测到的角点进行直线拟合，得到列方向上的角点直线方程：y＝aix+bi，通过联立激光中心线的直线方程和角点直线方程，得到实际成像平面中特征点的图像像素坐标。
28、可选的，所述获取特征平面中特征点的世界坐标的具体方法为：
29、依据实际成像平面中特征点的图像像素坐标以及二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵，得到特征点的图像像素坐标对应的世界坐标pp＝(xp,yp,zp)，转换关系如下：
30、
31、以第一张标定图像在行方向上第一个特征点为原点，激光线方向为xw'轴，与激光线垂直方向为yw'轴，位移台升降方向为zw'轴，建立一个新的世界坐标系ow'-xw'yw'zw'；其中，实际成像平面中特征点的图像像素坐标对应的世界坐标xp取决于特征点之间的真实距离，由于特征平面和激光平面重合，则yp＝0，zp则由位移台的移动量决定。
32、通过采用上述技术方案，因在整个线激光测量技术中，采集完激光图像之后可以得到激光中心线，需要根据激光中心线得到实际物体的实际高度，因此需要得到激光中心线位置和实际高度之间的映射关系，通过找到实际成像平面和特征平面之间的关系，实际成像平面上的激光中心线会对应到特征平面上的一个线，特征平面上的线就是真实情况待测物的高度。
3本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述标定方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述获得二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述构建基于沙姆定律的成像系统几何模型的具体方法为：
4.根据权利要求2所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述基于建立的成像系统几何模型标定出二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵的具体方法为：
5.根据权利要求1所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述获取实际成像平面与特征平面之间的单应性矩阵的具体方法为：
6.根据权利要求5所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述获取实际成像平面中特征点的图像像素坐标的具体方法为：
7.根据权利要求5所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述获取特征平面中特征点的世界坐标的具体方法为：
8.一种沙姆相机的标定装置，其特征在于：所述标定装置包括：
9.一种沙姆相机的标定系统，其特征在于：所述标定系统包括：
10.一种电子设备，其特征在于：包括处理器、存储介质，存储介质用于存储程序，处理器用于在执行所述程序时，用于实现如权利要求1-7任一项所述的沙姆相机的标定方法。
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【技术特征摘要】
1.一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述标定方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述获得二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述构建基于沙姆定律的成像系统几何模型的具体方法为：
4.根据权利要求2所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述基于建立的成像系统几何模型标定出二维图像像素坐标与三维世界坐标之间的变换矩阵的具体方法为：
5.根据权利要求1所述的一种沙姆相机的标定方法，其特征在于：所述获取实际成像平面与特征平...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈权，陈特，
申请(专利权)人：浙江锐鹰传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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