本發(fā)明基于結(jié)構(gòu)光的三維測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域:
,尤其涉及一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定方法及裝置。
背景技術(shù):
:三維視覺技術(shù)主要包括雙目立體視覺和結(jié)構(gòu)光3D視覺,按照景物照明條件,三維視覺技術(shù)可分為被動(dòng)和主動(dòng)兩大類,前者中景物的照明是由物體周圍的光照條件來提供,而后者則使用一個(gè)專門的光源裝置來提供目標(biāo)物體周圍的照明。按照這種分類,結(jié)構(gòu)光3D視覺是采用主動(dòng)方式。結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)主要由激光器,面陣像機(jī),例如CCD相機(jī),以及計(jì)算機(jī)組成。結(jié)構(gòu)光3D視覺是基于光學(xué)三角法測(cè)量原理,如圖3所示,激光器將一定模式的結(jié)構(gòu)光投射于物體表面,在表面上形成由被測(cè)物體表面形狀所調(diào)制的光條三維圖像。該三維圖像由處于另一位置的面陣像機(jī)探測(cè),從而獲得光條二維畸變圖像。直觀上,沿光條顯示出的位移(或偏移)與物體表面高度成比例,扭曲表示了平面的變化,不連續(xù)顯示了表面的物理間隙。當(dāng)激光器與面陣像機(jī)之間的相對(duì)位置一定時(shí),由畸變的二維光條圖像坐標(biāo)便可重現(xiàn)物體表面的3D輪廓。由激光器、面陣像機(jī)和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)即構(gòu)成了結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)。由于在結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中采用三維測(cè)量技術(shù),其原理簡(jiǎn)單,精度高,抗干擾性強(qiáng),因此被廣泛地運(yùn)用在工業(yè)、交通等測(cè)量中,例如,對(duì)鐵路中軌道交通的測(cè)量。但是,由于采用結(jié)構(gòu)光3D系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)僅能夠獲得被測(cè)圖像的立體輪廓結(jié)構(gòu),不能獲得被測(cè)物的2D圖像,例如色彩,灰度值等,使得通過結(jié)構(gòu)光3D系統(tǒng)測(cè)量的圖像不能表達(dá)物體的2D色彩,所以,無法還原鐵軌拍攝的實(shí)際場(chǎng)景,不能滿足對(duì)軌道交通測(cè)量的要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定方法及裝置,以使結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)獲取的三維圖像能夠滿足軌道交通測(cè)量的要求。第一方面,提供一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定方法,所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)包括面陣相機(jī)和激光器,所述方法用于通過所述面陣相機(jī)和線陣相機(jī)對(duì)鋸齒靶標(biāo)進(jìn)行拍攝和坐標(biāo)標(biāo)定,所述方法包括:獲取所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第一轉(zhuǎn)換關(guān)系;獲取所述線陣相機(jī)拍攝的鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn)的圖像,以及所述特征點(diǎn)在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo);根據(jù)所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),和所述特征點(diǎn)在所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo),建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第二轉(zhuǎn)換關(guān)系;根據(jù)所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系和所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第三轉(zhuǎn)換關(guān)系;根據(jù)所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo),以實(shí)現(xiàn)所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定。進(jìn)一步地,根據(jù)所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),和所述特征點(diǎn)在所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo),建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系包括:獲取所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系是以所述線陣相機(jī)透鏡光軸與成像平面的交點(diǎn)為原點(diǎn),以水平方向?yàn)閄軸建立的一維坐標(biāo)系;獲取所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系是以所述線陣相機(jī)光心為坐標(biāo)原點(diǎn),以所述線陣相機(jī)的光軸oz為Z軸建立直角坐標(biāo)系;獲取所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系;根據(jù)所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以及所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。進(jìn)一步地,建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第二轉(zhuǎn)換關(guān)系包括:建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:su1=m11m12m13m21m22m23XWZW1]]>其中,s為比例因子,u為所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系上的一個(gè)像素坐標(biāo),為一個(gè)2×3的投影矩陣M,為所述像素坐標(biāo)u在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系上的齊次坐標(biāo)(XW,Zw,1)。進(jìn)一步地,獲取所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第一轉(zhuǎn)換關(guān)系包括:判斷所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和所述靶標(biāo)坐標(biāo)系之間是否是剛體變換關(guān)系;如果是,則所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:XwiZwi1=cosθ-sinθTxsinθcosθTz001XsiZsi1]]>其中,(Xwi,Zwi)為任一所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),(Xsi,Zsi)為所述特征點(diǎn)(Xwi,Zwi)在所述光平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo),θ為所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的X軸與所述光平面坐標(biāo)系中的X軸之間的夾角,(Tx,Tz)為平移向量,所述平移向量為所述光平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)平移到所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)的平移向量。進(jìn)一步地,根據(jù)所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系和所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系包括:根據(jù)所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系和所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系建立所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:su1=m11m12m13m21m22m23XWZW1=m11m12m13m21m22m23cosθ-sinθTxsinθcosθTz001XsiZsi1.]]>進(jìn)一步地,根據(jù)所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)包括:獲取所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中每個(gè)像素坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的RGB值;通過所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,查找所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo);將每個(gè)所述RGB值映射到所述光平面坐標(biāo)系上,使每個(gè)所述像素坐標(biāo)的RGB值還原到所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中。進(jìn)一步地,所述方法還包括:建立所述線陣相機(jī)的畸變模型;根據(jù)所述畸變模型,以及交比不變的規(guī)律,代入所述線陣相機(jī)拍攝的鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn),計(jì)算畸變系數(shù);根據(jù)所述畸變系數(shù)對(duì)所述線陣相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正。第二方面,提供了一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定裝置,所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)包括面陣相機(jī)和激光器,所述裝置用于通過所述面陣相機(jī)和線陣相機(jī)對(duì)鋸齒靶標(biāo)進(jìn)行拍攝和坐標(biāo)標(biāo)定,所述裝置包括:獲取單元,用于獲取所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第一轉(zhuǎn)換關(guān)系;所述獲取單元,還用于獲取所述線陣相機(jī)拍攝的鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn)的圖像,以及所述特征點(diǎn)在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo);轉(zhuǎn)換單元,用于根據(jù)所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),和所述特征點(diǎn)在所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo),建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第二轉(zhuǎn)換關(guān)系;所述轉(zhuǎn)換單元,還用于根據(jù)所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系和所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第三轉(zhuǎn)換關(guān)系;標(biāo)定單元,用于根據(jù)所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo),以實(shí)現(xiàn)所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定。進(jìn)一步地,所述獲取單元,還用于獲取所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系是以所述線陣相機(jī)透鏡光軸與成像平面的交點(diǎn)為原點(diǎn),以水平方向?yàn)閄軸建立的一維坐標(biāo)系;所述獲取單元,還用于獲取所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系是以所述線陣相機(jī)光心為坐標(biāo)原點(diǎn),以所述線陣相機(jī)的光軸oz為Z軸建立直角坐標(biāo)系;所述獲取單元,還用于獲取所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系;所述轉(zhuǎn)換單元,還用于根據(jù)所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以及所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。進(jìn)一步地,所述轉(zhuǎn)換單元,用于建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第二轉(zhuǎn)換關(guān)系包括:所述轉(zhuǎn)換單元,建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:su1=m11m12m13m21m22m23XWZW1]]>其中,s為比例因子,u為所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系上的一個(gè)像素坐標(biāo),為一個(gè)2×3的投影矩陣M,為所述像素坐標(biāo)u在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系上的齊次坐標(biāo)(XW,Zw,1)。進(jìn)一步地,所述獲取單元包括:判斷單元,用于判斷所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和所述靶標(biāo)坐標(biāo)系之間是否是剛體變換關(guān)系;所述轉(zhuǎn)換單元,還用于如果是剛體變換關(guān)系,則所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:XwiZwi1=cosθ-sinθTxsinθcosθTz001XsiZsi1]]>其中,(Xwi,Zwi)為任一所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),(Xsi,Zsi)為所述特征點(diǎn)(Xwi,Zwi)在所述光平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo),θ為所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的X軸與所述光平面坐標(biāo)系中的X軸之間的夾角,(Tx,Tz)為平移向量,所述平移向量為所述光平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)平移到所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)的平移向量。進(jìn)一步地,所述轉(zhuǎn)換單元,具體還用于:根據(jù)所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系和所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系建立所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:su1=m11m12m13m21m22m23XWZW1=m11m12m13m21m22m23cosθ-sinθTxsinθcosθTz001XsiZsi1.]]>進(jìn)一步地,所述裝置還包括:RGB值獲取單元,用于獲取所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中每個(gè)像素坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的RGB值;RGB值獲取單元,還用于通過所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,查找所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo);RGB值映射單元,用于將每個(gè)所述RGB值映射到所述光平面坐標(biāo)系上,使每個(gè)所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)的RGB值還原到所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中。進(jìn)一步地,所述裝置還包括:畸變校正單元,所述畸變校正單元,用于建立所述線陣相機(jī)的畸變模型;根據(jù)所述畸變模型,以及交比不變的規(guī)律,代入所述線陣相機(jī)拍攝的鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn),計(jì)算畸變系數(shù);根據(jù)所述畸變系數(shù)對(duì)所述線陣相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正。通過校正單元對(duì)線陣相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正,使得聯(lián)合標(biāo)定的結(jié)果更準(zhǔn)確,提高了場(chǎng)景還原的真實(shí)性。第三方面,還提供一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì),其中,該計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)可存儲(chǔ)有程序,該程序執(zhí)行時(shí)可包括本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定方法及裝置的各實(shí)現(xiàn)方式中的部分或全部步驟。本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒把b置,將線陣相機(jī)與結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的面陣相機(jī)通過對(duì)靶標(biāo)上的特征點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定,以建立結(jié)構(gòu)光3D系統(tǒng)中光平面坐標(biāo)系和線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系,當(dāng)面陣相機(jī)和線陣相機(jī)同時(shí)對(duì)靶標(biāo)上的物體進(jìn)行拍攝時(shí),可通過聯(lián)合標(biāo)定的轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到任意點(diǎn)在光平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo),進(jìn)而將線陣相機(jī)拍攝的像素坐標(biāo),例如RGB值還原到結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的三維圖像中,以使得融合后的圖像既有立體輪廓紋理,又有色彩像素,進(jìn)而能夠還原被測(cè)量物體的真實(shí)場(chǎng)景,滿足軌道交通測(cè)量的要求。此外,本方法通過第三轉(zhuǎn)換關(guān)系能夠直接對(duì)結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)和線陣相機(jī)拍攝的場(chǎng)景進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定,避免了面陣相機(jī)和線陣相機(jī)先分別對(duì)各自的靶標(biāo)進(jìn)行拍攝,再根據(jù)各自相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定。由于本方法在聯(lián)合標(biāo)定是不需計(jì)算相機(jī)的內(nèi)部參數(shù),所以簡(jiǎn)化了聯(lián)合標(biāo)定過程,提高了聯(lián)合標(biāo)定的效率和準(zhǔn)確性。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)原理的示意圖;圖3是本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種聯(lián)合標(biāo)定的坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)換示意圖;圖4是本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定方法的流程圖;圖5是本申請(qǐng)實(shí)施例提供的另一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定方法的流程圖;圖6是本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種光平面坐標(biāo)系、靶標(biāo)坐標(biāo)系和線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系之間相互轉(zhuǎn)換的示意圖;圖7是本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定裝置的框圖;圖8是本申請(qǐng)實(shí)施例提供的另一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定裝置的框圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖1至圖8對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定方法及裝置進(jìn)行完整的描述。如圖1所示,為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)包括:面陣相機(jī),線陣相機(jī),激光器和鋸齒靶標(biāo)。所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)包括:激光器,面陣相機(jī)以及計(jì)算機(jī)組成。激光器用于將一定模式的結(jié)構(gòu)光投射于被測(cè)物體表面;面陣相機(jī),例如CCD相機(jī),用于拍攝鋸齒靶標(biāo)的被測(cè)物,獲取該被測(cè)物體的圖像;所述計(jì)算機(jī),包括處理器,用于讀取面陣相機(jī)拍攝的圖像,并對(duì)該圖像進(jìn)行標(biāo)定處理,以得到被測(cè)物體的三維立體圖像。具體地,結(jié)構(gòu)光三維視覺是基于光學(xué)三角法測(cè)量的原理,如圖2所示,激光器將一定模式的結(jié)構(gòu)光投射于物體表面,在表面上形成由被測(cè)物體表面形狀所調(diào)制的光條三維圖像。該三維圖像由處于另一位置的面陣相機(jī)拍攝,從而獲得光條二維畸變圖像。光條的畸變程度取決于激光器與面陣相機(jī)之間的相對(duì)位置和物體表面形廓(高度)。直觀上,沿光條顯示出的位移或偏移,與物體表面高度成比例,扭曲表示了平面的變化,不連續(xù)顯示了表面的物理間隙。當(dāng)激光器與面陣相機(jī)的相對(duì)位置一定時(shí),由畸變的二維光條圖像坐標(biāo)可重現(xiàn)物體表面三維形廓。由激光器、面陣相機(jī)和計(jì)算機(jī)即構(gòu)成了結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)。線陣相機(jī),是采用線陣圖像傳感器的相機(jī)。線陣圖像傳感器以CCD為主,其拍攝的圖像成“線”狀,通常線陣相機(jī)拍攝的圖像的長(zhǎng)度極長(zhǎng),一般可達(dá)到幾K的長(zhǎng)度;其拍攝的圖像的寬度極短,只有幾個(gè)像素;因此,在拍攝時(shí)線陣相機(jī)需要多次拍攝被測(cè)物體,相當(dāng)于對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行掃描,再將所拍攝的多個(gè)“條”形圖像組合,合成一張拍攝的被測(cè)物的圖片,所以本申請(qǐng)實(shí)施例中所述的線陣相機(jī)也稱為線掃描相機(jī)。所述靶標(biāo)為鋸齒形靶標(biāo),本申請(qǐng)通過齒型靶標(biāo)法來建立不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。所述齒型靶標(biāo)法是以特殊設(shè)計(jì)的鋸齒形立體結(jié)構(gòu)為靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法。所述靶標(biāo)包括多個(gè)鋸齒,在所述鋸齒靶標(biāo)上每個(gè)齒距和齒高都能精確可知,并且本實(shí)施例中將該靶標(biāo)上的鋸齒的齒尖和齒根作為標(biāo)定的特征點(diǎn)。根據(jù)所述靶標(biāo)建立一個(gè)靶標(biāo)坐標(biāo)系,也稱世界坐標(biāo)系,為用戶設(shè)計(jì)建立的坐標(biāo)系。所述靶標(biāo)坐標(biāo)系為二維坐標(biāo)系,以O(shè)-XwZw表示,所述靶標(biāo)上的每個(gè)點(diǎn)都可以通過建立的靶標(biāo)坐標(biāo)系找到其所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。如圖4所示,實(shí)施例提供了一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定方法,所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)包括面陣相機(jī)和激光器,所述激光器用于產(chǎn)生激光平面,所述方法用于通過所述面陣相機(jī)和線陣相機(jī)對(duì)鋸齒靶標(biāo)進(jìn)行拍攝和坐標(biāo)標(biāo)定,所述方法包括:步驟401:獲取所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第一轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系可以用f(x)表示。所述光平面坐標(biāo)系為所述面陣相機(jī)建立的激光平面坐標(biāo)系,該光平面坐標(biāo)系用O-XsXs表示,并且該光平面坐標(biāo)系為二維坐標(biāo)系。具體地,步驟401包括:判斷所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和所述靶標(biāo)坐標(biāo)系之間是否是剛體變換關(guān)系;其中,判斷所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與所述光平面坐標(biāo)系是否為剛體變化,即判斷靶標(biāo)坐標(biāo)系與光平面坐標(biāo)系是否可以通過二維坐標(biāo)互相轉(zhuǎn)化。如果是,則所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:其中,(Xwi,Zwi)為任一所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),(Xsi,Zsi)為所述特征點(diǎn)(Xwi,Zwi)在所述光平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo),θ為所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的X軸與所述光平面坐標(biāo)系中的X軸之間的夾角,逆時(shí)針方向?yàn)檎较颍?Tx,Tz)為平移向量,所述平移向量T為所述光平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)平移到所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)的平移向量。獲取所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與所述光平面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是基于交比不變法,通過至少三個(gè)已知坐標(biāo)的共線特征點(diǎn)生成標(biāo)定結(jié)構(gòu)光參數(shù)所需的標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)。通過靶標(biāo)前后移動(dòng)對(duì)攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,然后利用交比不變?cè)順?biāo)定結(jié)構(gòu)光平面的法向矢量和中心點(diǎn)坐標(biāo)兩個(gè)參數(shù),最后建立光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。如圖4所示,步驟401之后還包括:步驟402:獲取所述線陣相機(jī)拍攝的鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn)的圖像,以及所述特征點(diǎn)在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。線陣相機(jī)拍攝鋸齒靶標(biāo)的圖像,通過選取鋸齒靶標(biāo)上的齒尖或齒根得到特征點(diǎn),所述線陣相機(jī)拍攝靶標(biāo)上特征點(diǎn)的圖像,每個(gè)特征點(diǎn)在鋸齒靶標(biāo)坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)一個(gè)坐標(biāo),通過線陣相機(jī)拍攝靶標(biāo)上的特征點(diǎn)可以直接從靶標(biāo)坐標(biāo)系中讀取這些特征點(diǎn)的坐標(biāo)。所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系也稱為像素坐標(biāo)系,以像素為坐標(biāo)的坐標(biāo)系,其原點(diǎn)位于圖像的左上角,所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的X軸與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系的X軸平行,用O-u表示。當(dāng)線陣相機(jī)對(duì)靶標(biāo)進(jìn)行拍攝時(shí),可讀出所述特征點(diǎn)在所述線陣圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。步驟403:根據(jù)所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),和所述特征點(diǎn)在所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo),建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第二轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系可以用g(x)表示。將鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),代入到線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中,可得到所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系g(x)。步驟404:根據(jù)所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系和所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第三轉(zhuǎn)換關(guān)系。通過靶標(biāo)上的特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)建立這些特征點(diǎn),分別在結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)的光平面坐標(biāo)系和線陣相機(jī)的圖像坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,使實(shí)現(xiàn)光平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo)與線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系上坐標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換。步驟405:根據(jù)所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo),以實(shí)現(xiàn)所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定。當(dāng)面陣相機(jī)和線陣相機(jī)同時(shí)對(duì)所述靶標(biāo)進(jìn)行拍攝時(shí),通過第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,可以找到在光平面坐標(biāo)系中任意一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的像素坐標(biāo),通過對(duì)光平面坐標(biāo)系、線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系三者的相互轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝的任意一點(diǎn)坐標(biāo)的聯(lián)合標(biāo)定。本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒把b置,將線陣相機(jī)與結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的面陣相機(jī)通過對(duì)靶標(biāo)上的特征點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定,以建立結(jié)構(gòu)光3D系統(tǒng)中光平面坐標(biāo)系和線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系,當(dāng)面陣相機(jī)和線陣相機(jī)同時(shí)對(duì)靶標(biāo)上的物體進(jìn)行拍攝時(shí),可通過聯(lián)合標(biāo)定的轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到任意點(diǎn)在光平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo),進(jìn)而將線陣相機(jī)拍攝的像素坐標(biāo),例如RGB值還原到結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的三維圖像中,以使得融合后的圖像既有立體輪廓紋理,又有色彩像素,進(jìn)而能夠還原被測(cè)量物體的真實(shí)場(chǎng)景,滿足軌道交通測(cè)量的要求。此外,本方法通過第三轉(zhuǎn)換關(guān)系能夠直接對(duì)結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)和線陣相機(jī)拍攝的場(chǎng)景進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定,避免了面陣相機(jī)和線陣相機(jī)先分別對(duì)各自的靶標(biāo)進(jìn)行拍攝,再根據(jù)各自相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定。由于本方法在聯(lián)合標(biāo)定是不需計(jì)算相機(jī)的內(nèi)部參數(shù),所以簡(jiǎn)化了聯(lián)合標(biāo)定過程,提高了聯(lián)合標(biāo)定的效率和準(zhǔn)確性。其中,如圖5所示,步驟403中根據(jù)所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),和所述特征點(diǎn)在所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo),建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系包括:步驟4031:獲取所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系,定義以所述線陣相機(jī)透鏡光軸與成像平面的交點(diǎn)為原點(diǎn),以水平方向?yàn)閄軸建立的一維坐標(biāo)系,單位定義為mm。圖像坐標(biāo)系,根據(jù)單位度量機(jī)制的不同,可以分為線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系和圖像像素坐標(biāo)系。所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系以毫米為單位的一維坐標(biāo)系,所述圖像像素坐標(biāo)系;又稱為線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系,以像素為單位的一維坐標(biāo)系。本申請(qǐng)實(shí)施例所述的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系為互相重合的一個(gè)坐標(biāo)系,區(qū)別在于兩個(gè)坐標(biāo)系表示的度量單位不同。步驟4032:獲取所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系是以所述線陣相機(jī)光心為坐標(biāo)原點(diǎn),以所述線陣相機(jī)的鏡頭光軸oz為Z軸建立的二維直角坐標(biāo)系。所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系用O-XcZc表示。步驟4033:獲取所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。步驟4034:根據(jù)所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以及所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。上述各個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系都可通過定義和計(jì)算獲得。在一具體的實(shí)施例中,步驟4031至步驟4034具體轉(zhuǎn)換過程包括:建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:其中,s為比例因子,u為所述像素坐標(biāo)系上的一個(gè)像素坐標(biāo),為一個(gè)2×3的投影矩陣M,為一個(gè)特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系上的齊次坐標(biāo)(XW,Zw,1)。在對(duì)線陣相機(jī)和結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定時(shí),需要建立成像模型,如圖3所示。O1-u,表示線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系(英文:LinearSensorCoordinateSystem),該坐標(biāo)系以像素為單位,又稱為線陣相機(jī)的圖像像素坐標(biāo)系,u0為線陣相機(jī)鏡頭光軸與圖像平面交點(diǎn)的像素坐標(biāo)。O-XcZc表示線陣相機(jī)坐標(biāo)系(英文:CameraCoordinateSystem),是以所述線陣相機(jī)光心為坐標(biāo)原點(diǎn),以所述線陣相機(jī)的鏡頭光軸oz為Z軸建立的二維直角坐標(biāo)系。其中,O為線陣像機(jī)鏡頭光心,f為焦距。O2-X表示虛擬成像坐標(biāo)系(英文:VirtualImageLineCoordinateSystem),以所述線陣相機(jī)透鏡光軸與虛擬成像平面的交點(diǎn)為原點(diǎn),根據(jù)小孔成像原理,該虛擬成像坐標(biāo)系對(duì)稱于所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系。為方便轉(zhuǎn)換計(jì)算,通過該虛擬成像坐標(biāo)系使得在所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的負(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換為正數(shù),進(jìn)而對(duì)線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系上的點(diǎn)均通過該虛擬成像坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。Ow-XwZw為靶標(biāo)坐標(biāo)系,或稱為世界坐標(biāo)系(英文:WorldCoordinateSystem);步驟403中還具體包括:首先,建立線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系(圖像像素坐標(biāo)系)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系:設(shè)線陣相機(jī)單個(gè)像元的尺寸為dX(單位為mm),則所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系和線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換為一比例變換關(guān)系,該比例變換關(guān)系可以表示為:u=X/dX+u0公式(3)公式(3)中,u為線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系上的任意一點(diǎn)的像素,X為該點(diǎn)在線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系中的坐標(biāo),dX為線陣相機(jī)單個(gè)像元的尺寸,u0為線陣相機(jī)鏡頭光軸與圖像平面交點(diǎn)的像素坐標(biāo)。該公式(3)用齊次坐標(biāo)表示為:其次,建立靶標(biāo)坐標(biāo)系(世界坐標(biāo)系)與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。若所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間是剛體變換關(guān)系,則所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為公式(5)。如圖5所示,由旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量T表示,設(shè)點(diǎn)P(x,y)為線陣相機(jī)視場(chǎng)平面中的一個(gè)點(diǎn),且該點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(Xw,Zw),在線陣相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(Xc,Zc)。則用齊次坐標(biāo)表示二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:其中R為2x2正交矩陣,包含一個(gè)未知數(shù),T為二維平移向量,含有兩個(gè)未知數(shù),M2為3X3矩陣。然后,再建立線陣相機(jī)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。理想情況下,不考慮畸變時(shí),線陣相機(jī)的成像模型符合針孔成像模型,即中心攝影變換?;谠撝行臄z影變換的特點(diǎn),和交比不變的特點(diǎn),可得比例關(guān)系有如下公式:其中(Xc,Yc)為點(diǎn)P在線陣相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo),X為點(diǎn)P在線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。用齊次坐標(biāo)表示成矩陣形式為:在公式(7)中,s為一比例因子,是已知參數(shù),P為透視投影矩陣,將公式(7)和公式(5)代入到式(4)中得到公式(8):其中M表示為2x3矩陣,稱為投影矩陣,M1稱為內(nèi)部參數(shù)矩陣,該內(nèi)部參數(shù)包括fx,u0決定,fx表示線陣相機(jī)鏡頭焦距;M2稱為線陣相機(jī)外部參數(shù),由線陣相機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的方位決定。M矩陣一共有6個(gè)元素,由5個(gè)自由度決定,每個(gè)自由度表示一個(gè)變量或一個(gè)未知數(shù)。公式(8)整理后可得所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系和所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,即所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系具體為:通過選取靶標(biāo)上的特征點(diǎn),并將這些選擇的特征點(diǎn)的坐標(biāo)代入到公式(8)中,以及根據(jù)特征點(diǎn)在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的像素坐標(biāo),能夠求出M矩陣中的元素,進(jìn)而得到公式(2),即線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與靶標(biāo)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式。上述公式的計(jì)算過程中,通過公式(8)能夠直接計(jì)算M矩陣中的元素,避免在聯(lián)合標(biāo)定時(shí),獲取并計(jì)算線陣相機(jī)的內(nèi)部參數(shù),例如fx和u0,進(jìn)而能夠簡(jiǎn)化計(jì)算過程,提高聯(lián)合標(biāo)定的效率和準(zhǔn)確性。根據(jù)公式(2)和上述公式(1)可得所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:即第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,將所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的任意一點(diǎn)像素坐標(biāo)(u)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)的光平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xsi,Zsi),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述面陣相機(jī)和所述線陣相機(jī)拍攝的所述靶標(biāo)上的圖像進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定。本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種線陣相機(jī)和結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)的聯(lián)合標(biāo)定方法,主要是建立結(jié)構(gòu)光3D系統(tǒng)中激光平面和線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的投影關(guān)系。即如圖6所示的三個(gè)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。首先,利用線陣相機(jī)拍攝得到的圖片進(jìn)行鋸齒靶標(biāo)和線陣相機(jī)的圖像坐標(biāo)的投影變換關(guān)系,將鋸齒靶標(biāo)特征點(diǎn)在靶標(biāo)坐標(biāo)系(世界坐標(biāo)系)下的坐標(biāo)和其對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)代入上述公式(4)中,可以求得投影矩陣,即第二轉(zhuǎn)換關(guān)系,公式(2)。其次,利用標(biāo)定好的結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)可以測(cè)得鋸齒靶標(biāo)上特征點(diǎn)在光平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo),進(jìn)而可以得到鋸齒靶標(biāo)坐標(biāo)系和光平面坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,即第一轉(zhuǎn)換關(guān)系,公式(1)。最后,根據(jù)第一轉(zhuǎn)換關(guān)系和第二轉(zhuǎn)換關(guān)系,計(jì)算得到所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,即第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,公式(9),并且根據(jù)所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系可以得到空間中任意一點(diǎn)在光平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)到2D線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的映射關(guān)系,則完成這兩個(gè)坐標(biāo)系之間的聯(lián)合標(biāo)定。此外,在上述方法中,步驟405之后所述方法還包括:獲取所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中每個(gè)像素坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的RGB值。通過所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,查找所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)。將每個(gè)所述RGB值映射到所述光平面坐標(biāo)系上,使每個(gè)所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)的RGB值還原到所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中,使得線陣相機(jī)拍攝的像素點(diǎn),例如RGB值,灰度值等映射到結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)生成的輪廓中,以使結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)拍攝的立體輪廓圖像與線陣相機(jī)拍攝的彩色圖像相融合,進(jìn)而能夠更真實(shí)地表達(dá)拍攝物的鐵軌的實(shí)際場(chǎng)景,滿足對(duì)軌道交通的測(cè)量要求。本實(shí)施例提供的聯(lián)合標(biāo)定方法,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)同時(shí)拍攝靶標(biāo)上的圖像,進(jìn)而可以通過第三轉(zhuǎn)換關(guān)系將線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到光平面坐標(biāo)系中,避免面陣相機(jī)和線陣相機(jī)分別對(duì)各自的靶標(biāo)進(jìn)行拍攝,得到各自的內(nèi)部參數(shù),再進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定。本方法不需要獲取繁瑣的相機(jī)內(nèi)部參數(shù),即可滿足聯(lián)合標(biāo)定的要求,因此,本實(shí)施例提供的聯(lián)合標(biāo)定方法能夠簡(jiǎn)化標(biāo)定流程,提高標(biāo)定效率。進(jìn)一步地,上述方法還包括:對(duì)面陣相機(jī)和線陣相機(jī)各自拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正,其中,線陣相機(jī)的畸變校正過程具體為:建立所述線陣相機(jī)的畸變模型;根據(jù)所述畸變模型,以及交比不變的規(guī)律,代入所述線陣相機(jī)拍攝的鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn),計(jì)算畸變系數(shù);根據(jù)所述畸變系數(shù)對(duì)所述線陣相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正。結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的面陣相機(jī)對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正的過程為:在結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的面陣相機(jī)在拍攝靶標(biāo)圖像時(shí),對(duì)靶標(biāo)上的特征點(diǎn)進(jìn)行直線擬合,并通過約束條件計(jì)算畸變系數(shù);再根據(jù)畸變系數(shù)計(jì)算所述特征點(diǎn)無畸變時(shí)的坐標(biāo),以對(duì)面陣相機(jī)拍攝的圖像上的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行畸變校正。本實(shí)施例中通過對(duì)拍攝的圖像特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,求出畸變系數(shù),再根據(jù)畸變系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)和線陣相機(jī)拍攝的所有場(chǎng)景圖像進(jìn)行畸變矯正,減小畸變誤差,進(jìn)一步地提高聯(lián)合標(biāo)定的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。本申請(qǐng)還提供了一種結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定裝置,對(duì)應(yīng)于上述方法的實(shí)施例,所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)包括面陣相機(jī)和激光器,所述裝置用于通過所述面陣相機(jī)和線陣相機(jī)對(duì)靶標(biāo)進(jìn)行拍攝和坐標(biāo)標(biāo)定,如圖7所示,所述裝置包括:獲取單元801,用于獲取所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第一轉(zhuǎn)換關(guān)系;所述獲取單元801,還用于獲取所述線陣相機(jī)拍攝的鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn)的圖像,以及所述特征點(diǎn)在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo);轉(zhuǎn)換單元802,用于根據(jù)所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),和所述特征點(diǎn)在所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo),建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第二轉(zhuǎn)換關(guān)系;所述轉(zhuǎn)換單元802,還用于根據(jù)所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系和所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并作為第三轉(zhuǎn)換關(guān)系;標(biāo)定單元803,用于根據(jù)所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo),以實(shí)現(xiàn)所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)與線陣相機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定。本實(shí)施例提供的聯(lián)合標(biāo)定裝置,將線陣相機(jī)與結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的面陣相機(jī)通過對(duì)靶標(biāo)上的特征點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定,以建立結(jié)構(gòu)光3D系統(tǒng)中光平面坐標(biāo)系和線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系,當(dāng)面陣相機(jī)和線陣相機(jī)同時(shí)對(duì)靶標(biāo)上的物體進(jìn)行拍攝時(shí),可通過聯(lián)合標(biāo)定的轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到任意點(diǎn)在光平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo),進(jìn)而將線陣相機(jī)拍攝的像素坐標(biāo),例如RGB值還原到結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的三維圖像中,以使得融合后的圖像既有立體輪廓紋理,又有色彩像素,進(jìn)而能夠還原被測(cè)量物體的真實(shí)場(chǎng)景,滿足軌道交通測(cè)量的要求。在另一個(gè)實(shí)施例中,所述獲取單元801,還用于獲取所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系為所述線陣相機(jī)透鏡光軸與成像平面的交點(diǎn)為原點(diǎn),以水平方向?yàn)閄軸建立的一維坐標(biāo)系;所述獲取單元801,還用于獲取所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系是以所述線陣相機(jī)光心為坐標(biāo)原點(diǎn),以所述線陣相機(jī)的光軸oz為Z軸建立直角坐標(biāo)系;所述獲取單元801,還用于獲取所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。所述轉(zhuǎn)換單元802,還用于根據(jù)所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系與線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與線陣相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以及所述線陣相機(jī)坐標(biāo)系與所述線陣相機(jī)圖像物理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。進(jìn)一步地,所述轉(zhuǎn)換單元802,還用于建立所述靶標(biāo)在所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系和所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系包括:所述轉(zhuǎn)換單元,建立所述靶標(biāo)坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:其中,s為比例因子,u為所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系上的一個(gè)像素坐標(biāo),為一個(gè)2×3的投影矩陣M,為所述像素坐標(biāo)u在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系上的齊次坐標(biāo)(XW,Zw,1)。此外,如圖8所示,所述獲取單元801包括:判斷單元8011,用于判斷所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的光平面坐標(biāo)系和所述靶標(biāo)坐標(biāo)系之間是否是剛體變換關(guān)系;所述轉(zhuǎn)換單元802,還用于如果是剛體變換關(guān)系,則所述靶標(biāo)坐標(biāo)系與所述光平面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:其中,(Xwi,Zwi)為任一所述特征點(diǎn)在所述靶標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),(Xsi,Zsi)為所述特征點(diǎn)(Xwi,Zwi)在所述光平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo),θ為所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的X軸與所述光平面坐標(biāo)系中的X軸之間的夾角,(Tx,Tz)為平移向量,所述平移向量為所述光平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)平移到所述靶標(biāo)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)的平移向量。進(jìn)一步地,所述轉(zhuǎn)換單元802,具體還用于:根據(jù)所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系和所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系建立所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:采用本實(shí)施例提供的聯(lián)合標(biāo)定方法,能夠在計(jì)算所述光平面坐標(biāo)系和所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系時(shí),避免獲取并計(jì)算線陣相機(jī)的內(nèi)部參數(shù),例如fx和u0,進(jìn)而能夠簡(jiǎn)化計(jì)算過程,提高聯(lián)合標(biāo)定的效率和準(zhǔn)確性。此外,所述裝置還包括:RGB值獲取單元804,用于獲取所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中每個(gè)像素坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的RGB值;RGB值獲取單元804,還用于通過所述第三轉(zhuǎn)換關(guān)系,查找所述光平面坐標(biāo)系上的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線陣相機(jī)圖像坐標(biāo);RGB值映射單元805,用于將每個(gè)所述RGB值映射到所述光平面坐標(biāo)系上,使每個(gè)所述線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)的RGB值還原到所述結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中。本實(shí)施例中通過聯(lián)合標(biāo)定的轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到任意點(diǎn)在光平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的在線陣相機(jī)圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo),進(jìn)而將線陣相機(jī)拍攝的像素坐標(biāo),例如RGB值還原到結(jié)構(gòu)光3D視覺系統(tǒng)中的三維圖像中,以使得融合后的圖像既有立體輪廓紋理,又有色彩像素,進(jìn)而能夠還原被測(cè)量物體的真實(shí)場(chǎng)景,滿足軌道交通測(cè)量的要求。進(jìn)一步地,所述裝置還包括:畸變校正單元806;所述畸變校正單元806,用于建立所述線陣相機(jī)的畸變模型;根據(jù)所述畸變模型,以及交比不變的規(guī)律,代入所述線陣相機(jī)拍攝的鋸齒靶標(biāo)上的特征點(diǎn),計(jì)算畸變系數(shù);根據(jù)所述畸變系數(shù)對(duì)所述線陣相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正。通過校正單元對(duì)線陣相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正,使得聯(lián)合標(biāo)定的結(jié)果更準(zhǔn)確,提高了場(chǎng)景還原的真實(shí)性。以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3