一種結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法
【專利摘要】一種結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，包含以下步驟：1)將標(biāo)靶放置到激光器前，使激光投影到靶標(biāo)上，將兩個(gè)相機(jī)分別放置在激光器的上部和下部，使其能拍攝到標(biāo)靶的激光光斑；2)控制上下兩個(gè)相機(jī)同步拍攝標(biāo)靶圖像，得到圖像L1,L2；3)分別處理圖像L1,L2，提取圖像上光斑的中心坐標(biāo)；4)核線匹配利用核線匹配像點(diǎn)；5)計(jì)算激光面上點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo)；6)變換標(biāo)靶的位置，重復(fù)1～5步的過程，重復(fù)次數(shù)一次以上；7)由三維點(diǎn)擬合激光平面方程。本發(fā)明降低了標(biāo)定難度，有利于結(jié)構(gòu)光測量方法的推廣應(yīng)用。為社會(huì)生產(chǎn)提供更簡潔的測量工具，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造社會(huì)財(cái)富。
【專利說明】
一種結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器設(shè)備參數(shù)標(biāo)定領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法存在過程繁瑣、需要共面的參考靶標(biāo)，需要通過共面靶標(biāo) 計(jì)算激光平面參數(shù)等問題。
[0003] 有鑒于上述現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì) 制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一 種新的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，使其更具有實(shí) 用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本 發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的終目的是提供一種新的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，通過直接計(jì)算結(jié)構(gòu) 光型面上的三維點(diǎn)，進(jìn)而計(jì)算出結(jié)構(gòu)光型面方程參數(shù)，克服了已有標(biāo)定方法中，需要共面參 考靶標(biāo)的問題。
[0005] 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出 的一種結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，包含以下步驟:第一步，將標(biāo)靶放置到激光器2前，使激 光投影到靶標(biāo)上，將兩個(gè)已完成定向的相機(jī)1分別放置在激光器2的上部和下部，使其能拍 攝到標(biāo)靶的激光光斑;第二步，控制上下兩個(gè)相機(jī)1同步拍攝標(biāo)靶圖像，得到圖像L1，L2;第 三步，分別處理圖像L1，L2,提取圖像上光斑的中心坐標(biāo)，具體處理步驟如下：a閾值分割圖 像，將圖像分成背景圖像與光斑;b激光線條細(xì)化處理，計(jì)算線條上每一點(diǎn)的切線方向；c在 垂直于當(dāng)前點(diǎn)切線的方向搜索光斑上的點(diǎn)，記錄點(diǎn)的灰度值與像點(diǎn)坐標(biāo);d以灰度值為權(quán) 值，計(jì)算光斑的精確中心坐標(biāo);第四步，核線匹配利用核線匹配像點(diǎn)；第五步，計(jì)算激光面上 點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo);第六步，變換標(biāo)靶的位置，重復(fù)1~5步的過程，重復(fù)次數(shù)一次以上；第七 步，由三維點(diǎn)擬合激光平面方程。
[0006] 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0007] 前述的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其中所述的第二步中，當(dāng)標(biāo)靶相對于激光器2 運(yùn)動(dòng)時(shí)，標(biāo)靶和激光器2之間設(shè)置硬件同步觸發(fā)信號(hào)。
[0008] 前述的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其中所述的第四步中，首先計(jì)算出給定像點(diǎn) 在其它像片上的對應(yīng)核線，像點(diǎn)Pi在像Si空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)記為，在S2像空( X1，yi，Z1)間 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x，y，z)，則有： (1)
[0010] 其中，（xs，Ys，zs)為像片投影中心在物方空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，MdPM 2為像空間坐 標(biāo)系相對于物方空間坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，在Si像空間坐標(biāo)系中，SjPPl的坐標(biāo)已知，分別為 (0，0，0)和（XI，yi ,-f)，根據(jù)1式，可得Si和pi在S2像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，分別記為(Xsi2, Ysl2,Zsl2)^P(xi2,yi2,Z12)；
[0011] 由&、？1和&三點(diǎn)共面(核面），可得核面在&像空間坐標(biāo)系中的方程為： X y z
[0012] Xil2 1^：2 Zsl2 = 0 (2) .? Λ 2 Zll
[0013]在&像空間坐標(biāo)系下，像平面I2的平面方程為：
[0014] z = -f (3)
[0015] 將3式代入2式，即可得像點(diǎn)?1在像平面12上的對應(yīng)核線方程： :? Zf ^12 ziP L
[0016] jc- v- iU.f = 〇 (4)〇 3? x& Z12 - x12 v 12
[0017] 前述的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其中所述的第五步中，激光面上點(diǎn)的三維坐 標(biāo)計(jì)算公式為： rnm ?1 ^ ? * %) ?14· (I * |5.Χ Φ p * §s> f 4· <f? Cs ^ ? ?4 ^ ^ ^ l 」Cl * 蠢：s + 會(huì)※.?) * 1.+ II.分 Q * %'l +? 「nniol + %:卜艾+於w心)* f + .於以+念 Cf? ^ fs 4- <f? %-i· J >* %)=? Ss
[0020]將匹配到的同名點(diǎn)坐標(biāo)，代入上式;計(jì)算出平面上點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo)，其中，§為糾正 后的像點(diǎn)坐標(biāo)，f為相機(jī)鏡頭焦距，ai，bi，ci為旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)，Xs，Ys，Zs為外方位參數(shù)。
[0021 ]前述的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其中步驟7中最小二乘擬合，誤差方程為：
[0023] 對上式求平面方程系數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)，系數(shù)初值為1，代入迭代解算出平面方程式系 數(shù)。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明 可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步性及實(shí)用性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價(jià)值，其至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：
[0025] 該發(fā)明使用兩臺(tái)已經(jīng)完成定向的相機(jī)，拍攝投射到標(biāo)靶上的激光的光斑，通過圖 像處理，分別從兩個(gè)相機(jī)拍攝的兩張圖像，提取激光光斑的中心坐標(biāo)。通過核線匹配的方 式，匹配出兩個(gè)以上同名點(diǎn)，計(jì)算出同名點(diǎn)所對應(yīng)的空間物方點(diǎn)坐標(biāo)。變動(dòng)標(biāo)靶的位置(保 證激光始終能投射在標(biāo)靶上），重復(fù)上邊的計(jì)算一次以上即可。將所有位置計(jì)算得到的三維 點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行平面擬合，計(jì)算出激光型面的空間方程式，完成結(jié)構(gòu)光標(biāo)定。降低了標(biāo)定難度， 有利于結(jié)構(gòu)光測量方法的推廣應(yīng)用。為社會(huì)生產(chǎn)提供更簡潔的測量工具，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng) 造社會(huì)財(cái)富。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明所用的標(biāo)定裝置示意圖；
[0027]圖2為投射到標(biāo)靶上的激光線；
[0028]圖3為核線不意圖；
[0029]圖4為標(biāo)定處理流程圖。
[0030]【主要元件符號(hào)說明】
[0031] 1:相機(jī)
[0032] 2:激光器
[0033] 3:基線
[0034] L1，L2:圖像
[0035] S1，S2:相機(jī)投影中心
[0036] pl，p2:同名點(diǎn)
[0037] P:像點(diǎn)所對應(yīng)的物方點(diǎn)
【具體實(shí)施方式】
[0038] 為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法其具體實(shí)施方 式、方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0039] 請參閱圖1-4,本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法包含以下步驟：
[0040] 第一步，將標(biāo)靶放置到激光器2前，確保激光能投影到靶標(biāo)上，兩個(gè)已完成定向的 相機(jī)1分別放置在激光器2的上部和下部，且使其能拍攝到標(biāo)靶上的激光光斑。
[0041] 第二步，控制上下兩個(gè)相機(jī)1同步拍攝標(biāo)靶圖像，得到圖像L1，L2。
[0042] 第三步，分別處理圖像L1，L2,提取圖像上光斑的中心坐標(biāo)。具體處理步驟如下 [0043] a閾值分割圖像，將圖像分成背景圖像與光斑；
[0044] b激光線條細(xì)化處理，計(jì)算線條上每一點(diǎn)的切線方向；
[0045] c在垂直于當(dāng)前點(diǎn)切線的方向搜索光斑上的點(diǎn)，記錄點(diǎn)的灰度值與像點(diǎn)坐標(biāo)；
[0046] d以灰度值為權(quán)值，計(jì)算光斑的精確中心坐標(biāo)。
[0047] 第四步，核線匹配
[0048] 利用核線匹配像點(diǎn)，首先要計(jì)算出給定像點(diǎn)在其它像片上的對應(yīng)核線。
[0049] 以圖3為例，像點(diǎn)像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)記為(X1，yi，Z1)，在&像空間坐標(biāo)系 中的坐標(biāo)為(x，y，z)，則有：
L〇〇5l J 上式中，（Xs，Ys，Zs)為像片投影中心在物萬空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，像空間 坐標(biāo)系相對于物方空間坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣。在Si像空間坐標(biāo)系中，S^P1的坐標(biāo)已知，分別 為(0,0,0)和(Xi，yi，-f)。根據(jù)1式，可得Si和pi在S2像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，分別記為(Xsi2, Ysl2，Z s12)^fP(X12 ,yi2 ,Z12)。
[0052]由三點(diǎn)共面(核面），可得核面在S2像空間坐標(biāo)系中的方程為： a· y ζ
[0053] ^sl2 ζ：12 ^(612 4 Λ2 Ζ12
[0054] 在&像空間坐標(biāo)系下，像平面Ι2的平面方程為：
[0055] z = -f 3
[0056] 將3式代入2式，即可得像點(diǎn)?1在像平面12上的對應(yīng)核線方程：
[0057] . 4χ-An &12j;-尤η ^12 ,/=:〇 4 y\2 Ζ\2· ^12 名 12 而2 3?
[0058]第五步，計(jì)算激光面上點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算公式為：
[0061] 將匹配到的同名點(diǎn)坐標(biāo)，代入上式;計(jì)算出平面上點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo)。其中，自為糾正 后的像點(diǎn)坐標(biāo)，f為相機(jī)鏡頭焦距，ai，bi，ci為旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)，Xs，Y s，Zs為外方位參數(shù)。
[0062] 第六步，變換標(biāo)祀的位置，重復(fù)1~5步的過程，重復(fù)次數(shù)一次以上。
[0063]第七步，由三維點(diǎn)擬合激光平面方程。
[0064]其中最小二乘擬合，誤差方程為：
[0066] 對上式求平面方程系數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)，系數(shù)初值為1，代入迭代解算出平面方程式系 數(shù)。
[0067] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對 以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，包含以下步驟： 第一步，將標(biāo)靶放置到激光器(2)前，使激光投影到靶標(biāo)上，將兩個(gè)已完成定向的相機(jī) (1)分別放置在激光器(2)的上部和下部，使其能拍攝到標(biāo)靶的激光光斑； 第二步，控制上下兩個(gè)相機(jī)(1)同步拍攝標(biāo)靶圖像，得到圖像LI，L2; 第三步，分別處理圖像LI，L2,提取圖像上光斑的中心坐標(biāo)，具體處理步驟如下 a閾值分割圖像，將圖像分成背景圖像與光斑； b激光線條細(xì)化處理，計(jì)算線條上每一點(diǎn)的切線方向； c在垂直于當(dāng)前點(diǎn)切線的方向搜索光斑上的點(diǎn)，記錄點(diǎn)的灰度值與像點(diǎn)坐標(biāo)； d以灰度值為權(quán)值，計(jì)算光斑的精確中心坐標(biāo)； 第四步，核線匹配利用核線匹配像點(diǎn)； 第五步，計(jì)算激光面上點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo)； 第六步，變換標(biāo)靶的位置，重復(fù)1~5步的過程，重復(fù)次數(shù)一次以上； 第七步，由三維點(diǎn)擬合激光平面方程。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，其中所述的第二步 中，當(dāng)標(biāo)靶相對于激光器(2)運(yùn)動(dòng)時(shí)，標(biāo)靶和激光器(2)之間設(shè)置硬件同步觸發(fā)信號(hào)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，其中所述的第四步 中，首先計(jì)算出給定像點(diǎn)在其它像片上的對應(yīng)核線，像點(diǎn)P 1在像S1S間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)記 為，在S2像空(xi，yi，zi)間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x，y，z)，則有：(1) 上式中，（Xs，Ys，Zs)為像片投影中心在物方空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，MjPM2為像空間坐標(biāo) 系相對于物方空間坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，在S1像空間坐標(biāo)系中，SjPp1的坐標(biāo)已知，分別為(0， 0，0 )和(Xl，yi，-f )，根據(jù)1式，可得Sl和Pl在S2像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，分別記為(Xsl2，Ysl2， Zsl2)和（X12，yi2，Z12);由?,…二占 it而r炫而H泡核面在S2像空間坐標(biāo)系中的方程為： (2) 在S2像空間坐標(biāo)系下，像平面I2的平面方程為： z = -f (3) 將3式代入2式，即可得像點(diǎn)?1在像平面I2上的對應(yīng)核線方程：(4)〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，其中所述的第五 步，激光面上點(diǎn)的三維坐標(biāo)計(jì)算公式為：將匹配到的同名點(diǎn)坐標(biāo)，代入上式;計(jì)算出平面上點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo)，其中，S為糾正后的 像點(diǎn)坐標(biāo)，f為相機(jī)鏡頭焦距，ai，bi，Ci為旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)，Xs，Ys，Zs為外方位參數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)光測量傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，其中步驟7中最小 二乘擬合，誤差方程為：對上式求平面方程系數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)，系數(shù)初值為1，代入迭代解算出平面方程式系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK106017327SQ201610673298
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月16日
【發(fā)明人】崔慶, 張卓輝, 王志飛, 向宇, 李曉亮, 夏璐璐, 高梓翔
【申請人】河南埃爾森智能科技有限公司