轮廓测量系统的校准技术方案

一种用于校准测量系统的方法，该系统包括被构成的光源、光学装置和传感器。该光源适合于产生光的平面或片，而该光学装置被定位在该光平面和该传感器之间。该方法被执行以便获得从传感器到光平面的映射。在该方法中，光源被接通，以便使该光平面被产生。为了计及由光学装置产生的畸变，映射校准轮廓被引入该光平面中，其中该映射校准轮廓包括形成直线的至少三个点。其后，通过使用该至少三个点，计算从传感器到光平面的非线性映射。下一步，为了计及投影的畸变，单对应性校准轮廓被引入该光平面中，其中该单对应性校准轮廓包括其间相对距离已被预先确定的至少四个点。然后，根据该四个点计算从传感器到光平面的单对应性。在这种方法中使用的校准物体也被给出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于校准测量系统的方法，该系统包括光源、光学装置和传感器。该光 源适合产生光平面，而该光学装置被定位在该光平面和该传感器之间。该方法被执行是为 了获得从传感器上至少一个点到到该光平面中至少一个点的映射。该方法包括步骤接通 光源以便产生该光平面和在该光平面中的第一映射位置中引入映射校准轮廓，其中该映射 校准轮廓包括形成直线的至少三个点。本专利技术还涉及可以在这种校准方法中使用的校准物体。
技术介绍
为了测量物体轮廓的尺寸，可以使用测距摄像机。测距摄像机通常包括光源和传 感器，其中该光源适合于在待测量物体上产生光平面。再有，光学装置一般被定位在该传感 器和该物体之间以便聚焦从物体反射到传感器上的光。光源、物体和传感器一般被定位在 相互离开一定的距离上，以便使它们每个形成假想的三角形的角。传感器在传感器平面中延伸，并可以被本领域熟练技术人员认识到，为了能确定 轮廓的尺寸，需要从传感器平面中的点到光平面中的点的映射，以便使传感器平面中的坐 标可以被变换到真实世界的坐标。获得这种映射的过程一般被称为测距摄像机的校准。除 别的因素以外，主要是由于未知的映射的标度、未知的该光平面相对于传感器的投影畸变 和未知的前述光学装置的畸变，因此这种校准一般借助参考物体的测量而被确定。为此，现有技术建议执行前述校准的各种方式。例如，Zjhang的文献名为“A flexible new technique for camera calibration. "IEEETransactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 22 (11) : 1330-1334，2000，建议把两维图形，诸如方 格棋盘放置在光平面的假设延伸中，尽管光源已经被关闭。图形至少可以被放置在两个位 置，其中至少一个位置是在光平面的延伸中，以便使校准可以被执行。然而，因为如上文建 议那样，在校准过程期间，光源已经被关闭，自然存在图形被无意识地放置在光平面的延伸 之外的风险，这将削弱校准的结果。此外，前述方法是基于光源产生的光平面是完美的平面 的假设，该假设不总是必然真实的，而该假设也可以削弱校准过程的结果。另外，现有技术教导说，校准物体可以被放在光平面中的多个预定位置中，而从传 感器平面到光平面的映射是通过使用该多个位置的图像以及关于前述位置的信息完成的。 然而，这种校准过程要求校准物体的位置可以被适当精确地确定，这种校准过程一般导致 校准物体的定位是通过使用运动试验台完成的。除去使用时的昂贵和麻烦不说，运动试验 台还存在它要求围绕光平面的空间的缺点，由于例如靠近测距摄像机的空间有限，该空间 不总是可提供的。如从以上可以了解到的，需要进一步改进测距摄像机的校准过程，该改进至少消 除上文定义的现有技术校准过程的缺点之一。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种测距摄像机校准方法，该方法不要求使用运动试验台ο本专利技术的第二个目的是提供一种测距摄像机校准方法，该方法可以计及由测距摄 像机产生的光平面的扩展。本专利技术的第三个目的是提供一种测距摄像机校准方法，该方法可以计及从传感器 平面到测距摄像机的光平面的线性以及非线性映射。本专利技术的第四个目的是提供一种测距摄像机校准方法，该方法可以被用于校准提 供大的光平面的测距摄像机。至少一个前述目的是通过用于校准按照权利要求1的测量系统的方法达到的。这样，本专利技术涉及一种用于校准测量系统的方法，该系统包括光源、光学装置和传 感器。该光源适合于产生光平面，而该光学装置被定位在该光平面和该传感器之间。该方法被 执行是为了获得从传感器上至少一个点到光平面中至少一个点的映射，且该方法包括步骤-接通该光源以便使该光平面被产生，和-在该光平面中的第一映射位置中引入映射校准轮廓，其中该映射校准轮廓包括 形成直线的至少三个点。按照本专利技术，该方法还包括步骤-通过使用该映射校准轮廓的该至少三个点，计算从该传感器的至少第一部分到 该光平面的至少第一部分的非线性映射；-在该光平面中的第一单对应性位置中引入单对应性(homography)校准轮廓，其 中该单对应性校准轮廓包括其间相对距离已被预先确定的至少四个点，和-根据该单对应性校准轮廓的该至少四个点，计算从该传感器的至少第一部分到 该光平面的至少第一部分的单对应性。因此，由于本专利技术的方法只要求关于校准轮廓上的点之间相对距离的信息，所以 校准轮廓受控定位的需要已经被缩减并甚至被消除。此外，由于映射校准轮廓以及单对 应性校准轮廓已经被引入实际光平面中，不存在对不在光平面中的虚构平面确定映射的风 险，如上文的讨论，这种风险当使用如z. aiang所建议的方法的情形下是可能存在的。按照本专利技术的校准方法的一个实施例，该方法还包括步骤-改变该映射轮廓的位置为连续的映射位置；和-使用关于来自每一个该连续映射位置的映射校准轮廓的至少三个点的信息，以 便计算该非线性映射。当确定非线性映射时，改变映射轮廓的位置并且使用关于每一个位置的信息，增 加非线性映射的精确度。即使在视场大于校准物体的情形下，也能用校准测量覆盖全部视 场。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，改变映射轮廓的位置为连续的映射位置 的步骤被执行，以便使该连续映射位置被随机地选择。这样，由于映射位置可以被随机地选 择，不需要映射轮廓的受控定位，这一点表明，连续的映射位置可以按简单的方式，例如简 单地用手工改变映射轮廓的位置而获得。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，该方法还包括步骤-改变单对应性轮廓的位置为连续的单对应性位置；和-使用关于来自每一个连续单对应性位置的单对应性校准轮廓的至少四个点的信 息，以便计算该单对应性。至于非线性映射，这增加了单对应性的精确度。按照本专利技术的校准方法的另一个 实施例，改变单对应性轮廓的位置为连续的单对应性位置的步骤被执行，以便使连续单对 应性位置被随机地选择。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，该映射校准轮廓包括至少三个点被定位 在其上的平的表面。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，该单对应性校准轮廓包括有预定尺寸的 锯齿形部分，其中至少四个点被定位在该锯齿形部分上。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，该单对应性校准轮廓沿形成轮廓校准平 面的纵向维度和竖直维度延伸，其中当单对应性轮廓在单对应性位置中时，该轮廓校准平 面适合于基本上与该光平面平行，该单对应性校准轮廓还沿基本上垂直于该轮廓校准平面 的横向维度延伸，该单对应性校准轮廓还包括至少两条直的控制线，其中每一条控制线与 所述横向维度形成角度，该方法还包括步骤通过利用控制线确定轮廓校准平面相对于光 平面的轮廓倾斜的测量。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，该方法还包括步骤在计算该单对应性 时，补偿该轮廓倾斜。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，该光学装置包括光轴且该传感器在有传 感器法线方向的平面中延伸，而其中该光轴与该传感器法线方向形角，其 中该方法还包括步骤在生成从该传感器上至少一个点到该光平面中至少一个点的映射 时，补偿该Scheimpflug角。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，该光源是激光源，以便使所述光平面是 激光平面。按照本专利技术的校准方法的另一个实施例，该映射校准轮廓和该单对应性本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于校准测量系统（１０）的方法，该系统（１０）包括光源（１２）、光学装置（２２）和传感器（１４），其中所述光源（１２）适合于产生光平面（１８），而所述光学装置（２２）被定位在所述光平面（１８）和所述传感器（１４）之间，其中所述方法被执行，为的是获得从所述传感器（１４）上至少一个点到所述光平面（１８）中至少一个点的映射，所述方法包括步骤：－接通所述光源（１２），以便使所述光平面（１８）被产生；－在所述光平面（１８）中的第一映射位置中引入映射校准轮廓（２８），其中所述映射校准轮廓（２８）包括形成直线的至少三个点；特征在于，该方法还包括步骤：－通过使用所述映射校准轮廓（２８）的所述至少三个点，计算从所述传感器（１４）的至少第一部分到所述光平面（１８）的至少第一部分的非线性映射；－在所述光平面（１８）的第一单对应性位置中引入单对应性校准轮廓（３２），其中所述单对应性校准轮廓（３２）包括其间相对距离已被预先确定的至少四个点，和－根据所述单对应性校准轮廓（３２）的所述至少四个点，计算从所述传感器（１４）的至少第一部分到所述光平面（１８）的至少第一部分的单对应性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·特贝尔，
申请(专利权)人：西克IVP股份公司，
类型：发明
国别省市：SE