專利名稱：：基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)光視覺測量技術(shù)，尤其涉及一種基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
：結(jié)構(gòu)光視覺測量是基于光學(xué)的三角法測量原理。通過光學(xué)投射器(可以是激光投射器，也可以是投影儀)將一定模式的結(jié)構(gòu)光投射于物體的表面，在表面形成由被測物體表面形狀所調(diào)制的光條三維fe像。該三維圖像由處于另一位置的攝像機攝取，從而獲得光條二維畸變圖像。光條的畸變程度取決于光學(xué)投射器與攝像機之間的相對位置和物體表面形廓的高度。直觀上，沿光條顯示出的位移(或偏移)與物體的高度成比例，扭結(jié)表示了平面的變化，不連續(xù)顯示了表面的物理間隙。當(dāng)光學(xué)投射器與攝像機之間的相對位置一定時，由畸變的二維光條圖像坐標(biāo)便可重現(xiàn)物體表面的三維形廓。結(jié)構(gòu)光視覺測量具有大量程、大視場、較高精度、光條圖像信息易于提取、實時性強及主動受控等特點，近年來在工業(yè)環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的參數(shù)主要包括攝像機的內(nèi)部參數(shù)和線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)(主要是指在攝像機坐標(biāo)系下的光平面方程，也稱為攝像機的外部參數(shù))。對結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定包括對攝像機參數(shù)的標(biāo)定和對結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)定兩個部分。關(guān)于攝像機參數(shù)標(biāo)定的方法主要有基于徑向約束的Tsai方法(TSAIRY，Aversatilecameracalibrationtechniqueforhigh—accuracy3Dmachinevisionmetrologyusingoff-the—shelfTVcameraandlenses[J].IEEEJournalofRoboticsandAutomation,1987，RA-3,(4):323-344)和基于平面耙標(biāo)的張方法(ZHANGZY，Aflexiblenewtechniqueforcameracalibration[R].MicrosoftCorporation,NSR-TR-98-71,1998)。關(guān)于線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)定方法，目前比較通用的標(biāo)定方法是周富強等人提出的基于平面靶標(biāo)自由移動的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器現(xiàn)場標(biāo)定方法(F.Zhou,G.Zhang，Constructingfeaturepointsusedforcalibratingastructuredlightvisionsensorbyviewingaplanefromunknownorientations[J]，OpticsandLaserinEngineering(ChineseIssue)，2004),該方法需要高精度二維平面乾標(biāo)，存在靶標(biāo)加工困難，成本高，且存在相互遮擋的問題。特別是在某些特殊的測量現(xiàn)場，可以擺放靶標(biāo)的空間受到限制，要求有更加適合在受限空間可以進行結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定的方法。故，出現(xiàn)了采用一維靶標(biāo)對結(jié)構(gòu)光視覺傳感器進行標(biāo)定的技術(shù)。例如，Z.Zhang在"Cameracalibrationwithone-dimensionalobjects,IEEETransactionsonPattemAnalysisandMachineIntelligence,2004,VOL.26,N0.7,892-899"中提出了一種基于一維靶標(biāo)的攝像機標(biāo)定方法，釆用該標(biāo)定方法進行攝像機標(biāo)定時，需要固定一維靶標(biāo)的一端，拍攝多幅一維靶標(biāo)任意轉(zhuǎn)動的圖片進行標(biāo)定，然而這一點在工程上難以精確地得以實現(xiàn)，操作繁瑣且會影響標(biāo)定精度。吳福朝等在"Cameracalibrationwithmovingone-dimensionalobjects.PatternRecognition,2005,38(5)，755-765"中提出了一種基于平面運動的一維靶標(biāo)標(biāo)定方法，但其中平面運動的實現(xiàn)依賴于運動平臺'的支持，即釆用該標(biāo)定方法進行攝像機標(biāo)定需要輔助設(shè)備。王亮等在"基于一維標(biāo)定物的多攝像機標(biāo)定，自動化學(xué)報，第33卷，第3期，2007，225-231"中提出了一種利用做任意剛體運動的一維靶標(biāo)進行攝像機標(biāo)定的標(biāo)定方法，但該標(biāo)定方法只適用于標(biāo)定多攝像機，而不能標(biāo)定單攝像機。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法，以提高標(biāo)定的靈活性，且無需輔助設(shè)備為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的提供了一種基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法，包括A、對攝像機內(nèi)部參數(shù)進行標(biāo)定；B、設(shè)置一維靶標(biāo)于不同位置，分別計算出所述不同位置的一維靶標(biāo)與光平面的不同交點的空間坐標(biāo)，作為光平面不同特征點的空間坐標(biāo)；C、利用所得到的光平面不同特征點的空間坐標(biāo)擬合得出光平面方程。其中，步驟B中計算一維靶標(biāo)與光平面交點的空間坐標(biāo)的步驟包括Bl、取一維靶標(biāo)具有已知空間約束的至少三個特征點，計算一維靶標(biāo)所述特征點的空間坐標(biāo)；B2、以所計算出的一維耙標(biāo)特征點的空間坐標(biāo)為初值，計算出一維靶標(biāo)與光平面交點的空間坐標(biāo)。其中，所述步驟B1包括子步驟Bll、取一維靶標(biāo)具有已知空間約束的三個特征點；B12、根據(jù)所取一維靶標(biāo)三個特征點空間坐標(biāo)的比例關(guān)系、所取一維靶標(biāo)三個特征點在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)、透視投影模型和攝像機內(nèi)部參數(shù)矩陣建立方程組；B13、根據(jù)所取的一維靶標(biāo)三個特征點之間的空間約東和步驟B12所建立的方程組求解出所取一維靶標(biāo)三個特征點的空間坐標(biāo)。其中，所述步驟B12所建立的方程組為/辦*3/。—V。=0/0、-A+,*/*;c2-z,*/j*z2=0步驟B13所述空間約東為1Ife,h，22)-fe"，Zo〗卜丄其中，h為比例系數(shù)；(x。，。，(&，W,(AA)分別為所取的一維靶標(biāo)三個特征點在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)，"，h，z。)和fe，h，^分別為其中兩個特征點相應(yīng)的空間坐標(biāo)，L為該兩個特征點的距離值，即所述空間約東?？蛇x的，所取的一維靶標(biāo)三個特征點在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)是通過對攝像機拍攝的圖像進行畸變矯正得到的。其中，所述步驟B2包括子步驟B21、根據(jù)一維靶標(biāo)其他任意一特征點與所取的三個特征點的空間坐標(biāo)比例關(guān)系、一維靶標(biāo)與光平面交點與所取的三個特征點的空間坐標(biāo)比例關(guān)系、透視投影模型、所取三個特征點的已知空間約束建立方程組；B22、以步驟B13求解出的一維靶標(biāo)三個特征點的空間坐標(biāo)為初值、并結(jié)合非線性優(yōu)化方法求解步驟B21所建立的方程組，得出一維靶標(biāo)與光平面交點的空間坐標(biāo)。其中，所述步驟B21所建立的方程組為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，hi、hx為比例系數(shù)；。^,^,)和(A，^)分別為靶標(biāo)特征點和一維靶標(biāo)與光平面交點在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)，(^，^，^)和"，&，&)分別為相應(yīng)的空間坐標(biāo)；"，y。，z。)和"，h，z2)為所取的一維靶標(biāo)三個特征點中兩個特征點的空間坐標(biāo)；L為所述空間約束，為該兩個特征點的距離值；F為攝像機內(nèi)部參數(shù)矩陣。由上可以看出，對結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，尤其對光平面方程進行標(biāo)定時，通過一維靶標(biāo)放置在不同位置，將計算出的所述不同位置的一維靶標(biāo)與光平面的不同交點的空間坐標(biāo)擬合即可得到光平面方程，標(biāo)定更為靈活性，一維靶標(biāo)擺放更方便任意，且無需輔助設(shè)備。并且，一維靶標(biāo)具有加工容易，精度容易保證，柔性好，而且更加適用于現(xiàn)場受限空間的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定。另一方面，通過最少取一維靶標(biāo)的三個特征點即可完成對結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定，標(biāo)定過程更為簡單、快速。并且，通過驗證，本發(fā)明標(biāo)定方法所標(biāo)定的精度與通過交比不變原理進行標(biāo)定的結(jié)果幾乎相同，本發(fā)明具有上述優(yōu)點外還具有非常的可行性。圖l為結(jié)構(gòu)光視覺傳感器模型原理圖2為基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定流程圖3為采集的靶標(biāo)及光條圖像示意圖4為光平面特征點的空間分布示意圖5為結(jié)構(gòu)光傳感器得到的靶標(biāo)圖像示意圖6為靶標(biāo)圖像特征點的提取結(jié)果示意圖。具體實施例方式在介紹本發(fā)明之前，首先，參見圖1示出的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器模型原理圖，對結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的數(shù)學(xué)模型進行說明。圖1中示出了結(jié)構(gòu)光三維視覺透視投影模型的幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系，其中，0￡-;cja(為右手系)為攝像機坐標(biāo)系，0,-^7為圖像平面坐標(biāo)系，"為結(jié)構(gòu)光光平面。攝像機坐標(biāo)系中的點(&，^^)與圖像平面坐標(biāo)系的點(X,y)對應(yīng)關(guān)系可用下式表示11、1(1)式(1)中，F(xiàn)為攝像機內(nèi)部參數(shù)矩陣，p為一個比例因子。由于式(1)不能夠由攝像機二維像點坐標(biāo)(HO得到唯一對應(yīng)的三維物點的坐標(biāo)(&^,0,故需通過所述結(jié)構(gòu)光光平面"的方程進行約東以消除多義性。設(shè)結(jié)構(gòu)光光平面"在攝像機坐標(biāo)系《-w^下的方程式為axc+6義+czc+d=0式(2)中，a、b、c和d為該方程式的系數(shù)。聯(lián)立式(1)和式(2)，便得到如下示出的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的測量模型:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>由式(3)可以看出，當(dāng)攝像機內(nèi)部參數(shù)和光平面方程系數(shù)為確定值時，即對結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定后，或者說對攝像機內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定和對結(jié)構(gòu)參數(shù)(即指在攝像機坐標(biāo)系下的光平面方程)標(biāo)定后，便可以根據(jù)式(3)示出的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的測量模型求得光平面上光條中心點在攝像機坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，即實現(xiàn)由二維圖像坐標(biāo)重構(gòu)三維世界坐標(biāo)，完成三維測量。本發(fā)明即提供了一種基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定方法，該方法的基本思想是首先，通過基于平面靶標(biāo)的攝像機標(biāo)定方法或其他已知標(biāo)定方法，得到攝像機內(nèi)部參數(shù)；然后，利用一維靶標(biāo)的具有已知空間約束的至少三個特征點，結(jié)合透視投影方程，分別得到一維靶標(biāo)所述至少三個特征點和光平面特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)(本發(fā)明中，在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)也可簡稱為空間坐標(biāo))；再后，利用設(shè)定次數(shù)的任意擺放一維靶標(biāo)特征點重復(fù)上一步驟得到多個光平面特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)；最后，將得到的在攝像機坐標(biāo)系下的光平面的多個空間點(即特征點)坐標(biāo)擬合得到光平面方程。下面參見圖2示出的基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定流程圖，對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，包括以下步驟步驟201:對攝像機內(nèi)部參數(shù)進行標(biāo)定。本例中，釆用基于平面靶標(biāo)的攝像機標(biāo)定方法對攝像機內(nèi)部參數(shù)進行標(biāo)定，例如可以釆用
背景技術(shù)：
中提到的基于平面靶標(biāo)的張方法(ZHANGZY，Aflexiblenewtechniqueforcameracalibration[R].MicrosoftCorporation，NSR-TR-98-71,1998)進行標(biāo)定。上述基于張方法的平面靶標(biāo)的攝像機標(biāo)定的原理如下攝像機內(nèi)部參數(shù)在整個標(biāo)定過程中為常數(shù)，只有外部參數(shù)發(fā)生變化，故取一平面靶標(biāo)在攝像機前合適位置擺放設(shè)定的次數(shù)，如m次，然后求解該靶標(biāo)平面和攝像機像平面之間的單應(yīng)矩陣，再以圖像平面坐標(biāo)系到攝像機坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣R的正交性為約東，求解出攝像機的內(nèi)外參數(shù)。設(shè)平面靶標(biāo)上標(biāo)志點重投影圖像坐標(biāo)為A-(""'，vJ，實際成像的圖像坐標(biāo)為^="，0\建立一個以"化，^)為最小化的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)其中，式(4)中的x為攝像機內(nèi)外參數(shù)。經(jīng)非線性優(yōu)化方法，如阻尼最小二乘法(LM)方法得到攝像機內(nèi)外參數(shù)的最優(yōu)解，具體的非線性優(yōu)化方法在由ZHANGZY在"Aflexiblenewtechniqueforcameracalibration[R].MicrosoftCorporation,NSR-TR-98-71,1998"中進行了詳細(xì)介紹，此處不再贅述。其中，所得到攝像機內(nèi)外參數(shù)的最優(yōu)解中包括攝像機內(nèi)部參數(shù)矩陣F和畸變參數(shù)系數(shù)kl,k2,pi,p2。得到的所述攝像機內(nèi)部參數(shù)矩陣F為式(5)中，fdx,fdy分別表示攝像機在x，y方向上的有效焦距，u，v分別表示攝像機的主點坐標(biāo)。另外，還可以釆用其他的已知的標(biāo)定方法來標(biāo)定攝像機內(nèi)部參數(shù)，例如中國專利申請?zhí)枮?00810102978.3中披露的基于雙一維靶標(biāo)的攝像機標(biāo)定方法。不再贅述。步驟202:利用一維乾標(biāo)的具有已知空間約東的三個特征點，結(jié)合透視投影方程，計算出所述三個靶標(biāo)特征點和光平面特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)。該步驟具體由下述子步驟2021和2022實現(xiàn)。步驟2021:利用一維靶標(biāo)特征點之間的空間約束，計算一維靶標(biāo)特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)，以作為所述特征點在攝像機坐標(biāo)系下空間坐標(biāo)的初值。具體包括首先，使用具有至少三個已知特征點的一維靶標(biāo)在攝像機視場內(nèi)移動擺放，其中該靶標(biāo)特征點的孔心共線，且特征點之間相對距離確定(即為所述的空間約東)，移動擺放時需要使靶標(biāo)與光平面有交點。參見圖1中的靶標(biāo)擺放示意圖進行說明圖中A，C，d點為一維靶標(biāo)已知特征點，相對距離確定，其中A點和D點之間的距離為L長度，B點為靶標(biāo)與光平面的交點。然后，利用靶標(biāo)特征點之間的距離和步驟201得到的攝像機內(nèi)部參數(shù)，計算出所述靶標(biāo)特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)，具體如下設(shè)圖1中一維靶標(biāo)的特征點A、C、D在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)分別為PA=fo，>Vz。)，pc-h，乃，-')，pd=fe，h，z2)，且滿足空間點之間的比例關(guān)系(WpJ=(w")r*((w2,z2)-(w"F(5)式(5)中，由于一維靶標(biāo)上述特征點A、C、d的相對位置已知，故由一維靶標(biāo)特征點分布位置決定的比例系數(shù)hi(該例中hl=AC距離/AD距離)也為已知參數(shù)。通過對攝像機拍攝的圖像進行畸變矯正(畸變矯正是根據(jù)攝像機內(nèi)部參數(shù)對拍攝的平面靶標(biāo)圖像進行畸變矯正，具體如何進行畸變矯正，屬于已有技術(shù)，可參見張廣軍著的《機器視覺》，北京科學(xué)出版社，2005)，得到一維靶標(biāo)特征點a，c，d在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)(^，y。)，(Z"K)，(AA)。根據(jù)透視投影模型，有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中A)，A，A為比例系數(shù)，將式(5)的F矩陣代入方程組(6)并把F矩陣展開，消去A，A,A，P。，A,A，得到一個以x。，^，z。，A,22為未知量，圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)(X,A),(0，1,2)以及攝像機內(nèi)部參數(shù)為已知量的方程組'僻、-々0=0/辦W0=o-A*(l_/0*z0+#*A*;c2-^*/*z2=0該方程組的系數(shù)矩陣秩為5，故，將z。看作已知數(shù)，可解出A，A,h,^關(guān)于Z。的表達(dá)式。設(shè)A點和D點之間的距離為L，即Ife，h，^)-fcjo，Zo〗l"(8)將A，h，A,A關(guān)于Z。的表達(dá)式代入式(8),可以解出Z。(根據(jù)選取的坐標(biāo)系，2。取正值)，進而得到A、D點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)"。J。，Z。)，fe，h，z2),再根據(jù)A，C，D空間點之間的存在的比例關(guān)系(式5),可以進一步計算出C點^，力，^在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)。這樣，就計算出了一維靶標(biāo)特征點A，C，D在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)。步驟2022:將步驟2021計算出的一維靶標(biāo)特征點在攝像機坐標(biāo)系下坐標(biāo)作為初值，利用攝像機透視投影模型，通過非線性優(yōu)化計算的方法，如LM方法，得到更為精確的一維靶標(biāo)特征點空間坐標(biāo)以及光平面特征點的坐標(biāo)。具體如下假設(shè)一維靶標(biāo)除了A、C、D點外，還有特征點Mi，(i=l,......，n)。這些特征點滿足空間點之間的比例關(guān)系式(9)中("M，^，^)表示Mi點在攝像機坐標(biāo)下的空間坐標(biāo)；化表示a、D點與Mi點的位置關(guān)系的比例系數(shù)，由于特征點位置固定，故為已知量。類似的，光平面和一維靶標(biāo)的交點B(如圖1)與A、D點有如下關(guān)系式(10)中hx為未知比例系數(shù)。用(I，4)和(Xs，J;)分別表示Mi點和光平面特征點B在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)，根據(jù)透視投影模型和已知的A、D間距離L，可知=F(xM,;vM,zMf=F((x。，y。，z。)'*(fc，:v2，z2)-(x。，>>。,z。))r)Ife，72，^)一h)，少0,Zo)l卜Z(U)式(11)是一個以A，h，Z。，少2，Z2,hX為未知量的非線性方程組。將F帶入式(11)消去參數(shù)^和A，以步驟2021計算出的A、D點空間坐標(biāo)fc，h，z。)，fe，h，&)為初值，hx的初值取0.5,通過LM非線性優(yōu)化方法(LM指阻尼最小二乘法)計算得到A、D點坐標(biāo)以及hx的最優(yōu)解。然后將計算的A、D、hx結(jié)果帶入式(10)計算得到光平面特征點B在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)。步驟203:設(shè)定執(zhí)行m次步驟2021-2022,通過m次執(zhí)行步驟2021和2022，獲得擺放m次不同位置一維靶標(biāo)時，得到m個光平面特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)Bi為0=!，'，加)。步驟204:利用步驟203中得到的光平面在攝像機坐標(biāo)系下的m個空間點(即特征點)坐標(biāo)擬合得光平面方程。具體為釆用的目標(biāo)函數(shù)為點到平面的歐氏距離的平方和，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>使式(12)達(dá)到最小的解f'-k，6'，e'，"1時，即為結(jié)構(gòu)光光平面方程的系數(shù)，故令《=0，將所述得到的m個光平面特征點的坐標(biāo)(^，尺'，^')("i，…，w)分別帶入式(13)得到m個非線性方程構(gòu)成的非線性方程組，然后釆用非線性優(yōu)化法，如LM法，就得到最優(yōu)解f',即得出式(2)示出的結(jié)構(gòu)光光平面方程的系數(shù)。另外，關(guān)于由多個點擬合為平面的方法，也可以直接采用LM法求解，不再贅述。至此，結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定完成，即可根據(jù)式(3)示出的線結(jié)構(gòu)光傳感器的測量模型，由二維圖像坐標(biāo)重構(gòu)三維世界坐標(biāo)，實現(xiàn)三維測量。下面，以本發(fā)明的具體實施過程為例，進一步對本發(fā)明進行介紹。在具體實施過程中，光視覺傳感器中的攝像機采用CCD相機，其圖像分辨率為768*576，攝像機視場約為300mmx200mm，測量距離約為400mm。光視覺傳感器中的激光投射儀器釆用西安華科LH650單線激光器。釆用的一維靶標(biāo)靶面上有中心共線的一行圓孔，圓孔半徑為24mm，相鄰圓孔中心的間距為40mm,加工精度為0.02mm，圓孔的數(shù)量為6個。選取圓孔中心為特征點。對應(yīng)步驟201進行攝像機內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定時，釆用了所述的基于平面靶標(biāo)的張方法進行標(biāo)定，其結(jié)果如下[像機內(nèi)部參數(shù)F矩陣為.1317.470399.2701315,23336.95001&=-2.229xl(T1&=2.445x10"p,=6.434xl0-4攝像機畸變參數(shù)系數(shù)為b2=2',xl0-3首先，對應(yīng)于步驟2021中的確定一維靶標(biāo)特征點的圖像坐標(biāo)的確定步驟時，將一維靶標(biāo)在攝像機視場內(nèi)合適位置處，獲取攝像機釆集的一維靶標(biāo)的圖像坐標(biāo)，如圖3所示，通過對圖像進行畸變矯正后，提取圖像平面坐標(biāo)系下一維靶標(biāo)圓孔(即特征點)的中心坐標(biāo)和光條的中心坐標(biāo)。對于圖3,在圖像平面坐標(biāo)系下，一維靶標(biāo)1到6的圓孔中心坐標(biāo)提取結(jié)果(單位像素)依次如下(62.04,313.85)、(205.80，306.28)、(344.94,298.93)、(479.25，291.95)、(609.65,284.95)、(735.84，278.46)。同時，還可以提取在圖像平面坐標(biāo)系下的各個光條中心坐標(biāo)，提取結(jié)果(單位像素)如下(563.06，247.99)、(563.06,248.99)、(563.08,249.99)、(563.11,250.99)、(563.17,251.98)........(567.47,324.96)、(567.56,326.05)、(567.65,327.05)、(567.72，328.04)、(567.81,329.03)。通過將光條中心點擬合一條直線，與一維靶標(biāo)的圓孔中心擬合的直線的交點，作為光平面在一維靶標(biāo)上的特征點B，從圖3得到的B點在圖像平面坐標(biāo)系下圖像坐標(biāo)為(565.23，287.40)(單位:像素)。對應(yīng)步驟2022中求解一維靶標(biāo)特征點A,C,D在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)時，選取一維耙標(biāo)圖像平面坐標(biāo)系下的三個圓孔中心(即特征點)用于計算一維靶標(biāo)特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)。三個特征點(圖3中從左到右依次取第1，3，6個點)的圖像坐標(biāo)為(62.04，313.85)、(344.94，298.93)、(735.84,278.46).帶入式(7)，其中，參數(shù)h為0.4。計算得到三個特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)(單位mm)依次如下(-94.63,-6.49，369.69)，(-15.76，-11.02，382.35)，(102.52，-17.82，401,32)。其次，對應(yīng)步驟2022中求解的步驟時，通過求解非線性方程組式(11)，得到光平面特征點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)為(49.48，-14.8，392.86)(單位mm)然后，對應(yīng)步驟203，本例中取50幅圖像，故將一維靶標(biāo)在攝像機視場內(nèi)合適位置處自由擺放50次，執(zhí)行相應(yīng)的50次上述步驟，得到如圖4示出的50個這樣的光平面空間點在攝像機坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)(單位mm):(33.55，-43.88，396.34)、(-10.86，47.03，428.58)、(5.75，55.99，421.96)、(-0.64，34.06，422.04)、(-3.57，3.59，419.48).......、(8.16，26.61，416.71)、(84.71，50.60,385.63)、(66.18，25.10，390.92)、(62.88,-30.69,384.78)、(62.70,-60.82，380.64)。最后，對應(yīng)步驟204，將上述50個光平面空間點的空間坐標(biāo)通過求解式(12)，得到光平面參數(shù)，即光平面方程的系數(shù)如下a=1.0000、b=-0.2995、c=2.2125、d=-922.9411，即得到光平面方程即為jc--0.2995j;+2.2125z—922.9411=0在此，對本發(fā)明結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定的可行性進行論證。下面通過對測量精度的比較驗證本發(fā)明標(biāo)定方法的可行性。使用標(biāo)定完成的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器獲取高精度平面靶標(biāo)圖像，參見圖5所示。提取靶標(biāo)的特征點以及光條的特征點的圖像坐標(biāo)，其結(jié)果參見圖6所示。提取的靶標(biāo)特征點空間間隔為12mm，通過使用交比不變原理(可參見張廣軍著的《機器視覺》一書，北京科學(xué)出版社，2005)，計算得到光平面特征點在靶標(biāo)上的位置，進而得到兩個光平面特征點之間的距離L1。然后通過結(jié)構(gòu)光視覺傳感器測量模型(式3)也得到任意兩個光平面特征點之間的距離L2。通過比較兩次測量值，得到結(jié)構(gòu)光視覺傳感器測量物體空間兩點距離的均方根(RMS)誤差。對于圖5,分別通過交比不變原理和結(jié)構(gòu)光視覺傳感器測量模型得到的相鄰兩個光平面特征點之間的距離如下表1。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表1表1中示出的6個距離的RMS誤差為ERMS-0.059mm。由上可以看出，RMS誤差很小，故本發(fā)明標(biāo)定方法所標(biāo)定的精度與通過交比不變原理進行標(biāo)定的結(jié)果幾乎相同。本發(fā)明具有可行性。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，包括A、對攝像機內(nèi)部參數(shù)進行標(biāo)定；B、設(shè)置一維靶標(biāo)于不同位置，分別計算出所述不同位置的一維靶標(biāo)與光平面的不同交點的空間坐標(biāo)，作為光平面不同特征點的空間坐標(biāo)；C、利用所得到的光平面不同特征點的空間坐標(biāo)擬合得出光平面方程。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B中計算一維靶標(biāo)與光平面交點的空間坐標(biāo)的步驟包括Bl、取一維靶標(biāo)具有已知空間約東的至少三個特征點，計算一維靶標(biāo)所述特征點的空間坐標(biāo)；B2、以所計算出的一維靶標(biāo)特征點的空間坐標(biāo)為初值，計算出一維靶標(biāo)與光平面交點的空間坐標(biāo)。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟B1包括子步驟Bll、取一維耙標(biāo)具有已知空間約束的三個特征點；B12、根據(jù)所取一維靶標(biāo)三個特征點空間坐標(biāo)的比例關(guān)系、所取一維靶標(biāo)三個特征點在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)、透視投影模型和攝像機內(nèi)部參數(shù)矩陣建立方程組；B13、根據(jù)所取的一維靶標(biāo)三個特征點之間的空間約束和步驟B12所建立的方程組求解出所取一維靶標(biāo)三個特征點的空間坐標(biāo)。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟B12所建立的方程組為/辦V。-:r。z。-o/辦*(1-&)*>>0_y;*(i_W*z0+/辦*/"2-"*A"2=o步驟B13所述空間約束為|(x2，_y2，Z2)-(x。，;;。，z。|=￡其中，h為比例系數(shù)；(x。，。，(A，K)，(A，。分別為所取的一維靶標(biāo)三個特征點在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)，"，y。，z。)和fe，h，z2)分別為其中兩個特征點相應(yīng)的空間坐標(biāo)，L為該兩個特征點的距離值，即所述空間約東。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所取的一維靶標(biāo)三個特征點在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)是通過對攝像機拍攝的圖像進行畸變矯正得到的。6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟B2包括子步驟B21、根據(jù)一維靶標(biāo)其他任意一特征點與所取的三個特征點的空間坐標(biāo)比例關(guān)系、一維靶標(biāo)與光平面交點與所取的三個特征點的空間坐標(biāo)比例關(guān)系、透視投影模型、所取三個特征點的已知空間約束建立方程組；B22、以步驟B13求解出的一維靶標(biāo)三個特征點的空間坐標(biāo)為初值、并結(jié)合非線性優(yōu)化方法求解步驟B21所建立的方程組，得出一維靶標(biāo)與光平面交點的空間坐標(biāo)。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟B21所建立的方程組為A(^m,Jm,1)7=F(^，>^,zM)r=F((;c0,>;0，z0)'*((x2，y2,z2)—(x0,y0,z0))r)-/(xB,:rfl，i)r=Ffe，:vfl，Za)r=f((x0，:v0,z0)+^*(fe，:i;2,z2)-(x0，y0，z0》r)|(x2,y2,z2)—(x0，_y0，z0)|=_Z:其中，hi、hx為比例系數(shù)；(x緒，^)和(^，&)分別為靶標(biāo)特征點和一維靶標(biāo)與光平面交點在圖像平面坐標(biāo)系下的理想坐標(biāo)，(^，^'，^)和fc，h，^:)分別為相應(yīng)的空間坐標(biāo)；"。，h，z。)和fe，h，z2)為所取的一維靶標(biāo)三個特征點中兩個特征點的空間坐標(biāo)；L為所述空間約東，為該兩個特征點的距離值；F為攝像機內(nèi)部參數(shù)矩陣。全文摘要本發(fā)明提高了一種基于一維靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法，包括對攝像機內(nèi)部參數(shù)進行標(biāo)定；設(shè)置一維靶標(biāo)于不同位置，分別計算出所述不同位置的一維靶標(biāo)與光平面的不同交點的空間坐標(biāo)，作為光平面不同特征點的空間坐標(biāo)；利用所得到的光平面不同特征點的空間坐標(biāo)擬合得出光平面方程。使用本發(fā)明，使所述一維靶標(biāo)任意放置在可與光平面相交的位置即可標(biāo)定結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，標(biāo)定靈活性，且無需輔助設(shè)備。文檔編號G01B11/25GK101586943SQ20091008930公開日2009年11月25日申請日期2009年7月15日優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日發(fā)明者孫軍華,張廣軍,曹黎俊,魏振忠申請人:北京航空航天大學(xué)