本发明专利技术公开了一种线激光三维测量中的直接标定方法及装置，方法包括：发射线激光至标定靶标；其中，所述标定靶标包括具有若干条纹的标定板和用于改变所述标定板的高度的位移装置，线激光与标定板上的条纹相交，产生若干特征点；采集标定靶标处于不同高度时，线激光照射标定靶标产生的标定图像；对所述标定图像进行特征提取，得到所述特征点的像素坐标；建立所述特征点的像素坐标与所述特征点在三维世界坐标系中的三维世界坐标的映射模型，拟合得到所述特征点的三维世界坐标与像素坐标的直接映射矩阵参数，实现线激光三维测量中的直接标定。本发明专利技术简化了标定过程，计算量小且标定精度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维测量，具体涉及一种线激光三维测量中的直接标定方法及装置。
技术介绍
1、线结构光视觉测量技术具有测量精度高、实时性好、抗干扰能力强等特点，在工业测量、三维重建、逆向工程等领域有着广泛的应用。
2、这类技术在计算待测物体的三维形貌信息时，由线激光照射到被测物体的表面，相机从一定的角度获取有着线激光的三维图形信息，包含物体高度信息。只需计算出相机与线激光之间的相对位置关系就可以通过数学方法得到物体的表面形貌，得到其相对位置关系的过程称为系统标定。在线激光测量系统中，测量的精度取决于系统标定的精度，而线激光的标定是系统标定中的关键部分，所以标定方法一直是线激光三维测量系统研究的关键要素，这将会直接影响到测量的精度。目前的线激光系统标定方法可以分为两类，第一类为传统的标定方法，先完成相机标定，再进行光平面方程标定。另一种方法是直接标定法，该方法不需要标定模型，不必标定摄像机的内外参数及结构光系统参数，不存在测量结果对中间标定参数敏感性的问题。传统的标定方法为了提高标定的精度，相应的模型也会越复杂，计算量也很大。其次在拍摄标定图片时，因为改变标定板高度位置会引起的图像失焦变模糊。还存在着激光线不稳定，提取的中心线精度不高，在小视场应用领域受制约等缺点。
技术实现思路
1、为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种线激光三维测量中的直接标定方法及装置，简化了标定过程，计算量小且标定精度高。
2、为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
>3、第一方面，提供一种线激光三维测量中的直接标定方法，包括：发射线激光至标定靶标；其中，所述标定靶标包括具有若干条纹的标定板和用于改变所述标定板的高度的位移装置，线激光与标定板上的条纹相交，产生若干特征点；采集标定靶标处于不同高度时，线激光照射标定靶标产生的标定图像；对所述标定图像进行特征提取，得到所述特征点的像素坐标；建立所述特征点的像素坐标与所述特征点在三维世界坐标系中的三维世界坐标的映射模型，拟合得到所述特征点的三维世界坐标与像素坐标的直接映射矩阵参数，实现线激光三维测量中的直接标定。4、进一步地，所述标定板为附着氧化铝薄膜的光学玻璃板，所述标定板上的各条纹宽度相同、间距相等。
5、进一步地，采集标定靶标处于不同高度时，线激光照射标定靶标产生的标定图像，包括：当标定板处于某一高度时，线激光照射在标定板上，与标定板上的条纹相交，产生相交图案，用cmos传感器采集标定板上的相交图案，得到标定图像；通过位移装置改变标定板的高度，采集标定板处于不同高度时，线激光照射标定板产生的标定图像。
6、进一步地，对所述标定图像进行特征提取，得到所述特征点的像素坐标，包括：针对因为标定图像高度的改变引起的图像失焦，利用改进的canny算法提取标定板上条纹的图像轮廓；针对线激光宽度变化引起的中心线提取误差大的问题，利用改进的steger算法提取线激光中心线；最后，用最小二乘法拟合线激光中心线，标定板上条纹的图像轮廓和线激光中心线相交点的坐标即为特征点的像素坐标。
7、进一步地，利用改进的canny算法提取标定板上条纹的图像轮廓，具体为：首先，求出核窗口内邻域权值，再进行加权相加，作为当前点的灰度值；假设图像为i，滤波公式如下：
8、
9、其中，cn，cs，ce，cw为各方向上的扩散系数，用于控制扩散速率；t表示迭代次数，it则为迭代t次之后的图像；λ表示控制每次迭代平滑的程度，表示梯度算子，四个方向的梯度公式如下：
10、
11、
12、
13、
14、四个方向上的扩散系数公式分别如下：
15、
16、
17、
18、
19、其中，k为热传导系数；
20、其次，使用3*3卷积模板的sobel算子，计算图像梯度幅值和方向；图像梯度幅值g和方向θ计算公式如下所示：
21、
22、
23、
24、
25、其中，a为滤波后的图像；
26、接着，对梯度幅值进行非极大值抑制；然后，进行滞后边缘跟踪，检测已经确定为边缘点的像素的3*3邻域，得到最终的原始图像的边缘二值图；最后，用hough线变换提取出图像轮廓线。
27、进一步地，利用改进的steger算法提取线激光中心线，具体为：首先，提取标定图像的roi区域，分割光条和图像背景；其次，利用图像灰度的梯度代替高斯函数基于roi提取的steger算法得到光条中心点的亚像素坐标，利用hessian矩阵计算光条的法线方向，并在法线方向根据泰勒展开式得到法线上的极值点，即获取的激光条纹中心点；hessian矩阵表达式如下：
28、
29、其中，图像中像素点(x,y)的灰度值为f(x,y)，rxx、rxy和ryy为f(x,y)和高斯函数g(x,y)的二阶偏导的卷积结果，为卷积符号；像素点(x,y)处的光条法线方向为hessian矩阵中绝对值最大的特征值对应的特征向量；
30、采用图像的一阶偏导和二阶偏导代替高斯函数的偏导：
31、
32、将上式转为矩阵形式：
33、
34、在提取中心线之前对图像进行高斯滤波，经过高斯滤波后，提取出线激光中心线。
35、进一步地，所述特征点在三维世界坐标系中的三维世界坐标，通过以下方法获得：定义线激光与标定板上第一个条纹相交形成的特征点为三维世界坐标系原点位置o；标定板上特征点所在直线为x轴，y轴垂直于x轴并与线激光所在平面平行，z轴垂直于x轴并与线激光所在平面垂直；特征点的x轴坐标通过计算第一个特征点与其余特征点的距离关系来获取；特征点的y轴坐标通过移动一维控制平台，根据标定图像的采集速率和帧数来获取；特征点的z轴坐标通过位移装置的移动距离来获取。
36、进一步地，通过最小二乘法获取特征点的像素坐标与特征点在三维世界坐标系中的三维世界坐标的映射模型的直接映射矩阵参数，映射模型的直接映射矩阵参数为：
37、
38、其中，像素坐标u对应三维世界坐x，像素坐标v对应三维世界坐标z，三维世界坐标y的位置信息则来自每次扫描，即由设备自身属性确定。
39、第二方面，提供一种线激光三维测量中的直接标定装置，包括：线激光发射模块，用于发射线激光至标定靶标；其中，所述标定靶标包括具有若干条纹的标定板和用于改变所述标定板的高度的位移装置，线激光与标定板上的条纹相交，产生若干特征点；数据采集模块，用于采集标定靶标处于不同高度时，线激光照射标定靶标产生的标定图像；数据处理模块，用于对所述标定图像进行特征提取，得到所述特征点的像素坐标；标定模块，用于建立所述特征点的像素坐标与所述特征点在三维世界坐标系中的三维世界坐标的映射模型，拟合得到所述特征点的三维世界坐标与像素坐标的直接映射矩阵参数，实现线激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，所述标定板为附着氧化铝薄膜的光学玻璃板，所述标定板上的各条纹宽度相同、间距相等。
3.根据权利要求1所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，采集标定靶标处于不同高度时，线激光照射标定靶标产生的标定图像，包括：
4.根据权利要求1所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，对所述标定图像进行特征提取，得到所述特征点的像素坐标，包括：
5.根据权利要求4所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，利用改进的Canny算法提取标定板上条纹的图像轮廓，具体为：
6.根据权利要求4所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，利用改进的steger算法提取线激光中心线，具体为：
7.根据权利要求1所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，所述特征点在三维世界坐标系中的三维世界坐标，通过以下方法获得：
8.根据权利要求7所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，通过最小二乘法获取特征点的像素坐标与特征点在三维世界坐标系中的三维世界坐标的映射模型的直接映射矩阵参数，映射模型的直接映射矩阵参数为：
9.一种线激光三维测量中的直接标定装置，其特征在于，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，所述标定板为附着氧化铝薄膜的光学玻璃板，所述标定板上的各条纹宽度相同、间距相等。
3.根据权利要求1所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，采集标定靶标处于不同高度时，线激光照射标定靶标产生的标定图像，包括：
4.根据权利要求1所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，对所述标定图像进行特征提取，得到所述特征点的像素坐标，包括：
5.根据权利要求4所述的线激光三维测量中的直接标定方法，其特征在于，利用改进的can...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩，周弘毅，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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