结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定方法及装置制造方法及图纸

一种结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定方法及装置，所述结构光3D视觉系统包括面阵相机和激光器，方法包括：获取结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和靶标坐标系的转换关系，并作为第一转换关系；根据选择的特征点在所述靶标坐标系中的坐标，和所述特征点在所述线阵相机图像坐标系中的坐标，建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第二转换关系；根据所述第一转换关系和所述第二转换关系，建立所述光平面坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第三转换关系；根据所述第三转换关系，得到所述光平面坐标系上的每个坐标点所对应的线阵相机图像坐标，以实现结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术基于结构光的三维测量
，尤其涉及一种结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定方法及装置。
技术介绍
三维视觉技术主要包括双目立体视觉和结构光3D视觉，按照景物照明条件，三维视觉技术可分为被动和主动两大类，前者中景物的照明是由物体周围的光照条件来提供，而后者则使用一个专门的光源装置来提供目标物体周围的照明。按照这种分类，结构光3D视觉是采用主动方式。结构光3D视觉系统主要由激光器，面阵像机，例如CCD相机，以及计算机组成。结构光3D视觉是基于光学三角法测量原理，如图3所示，激光器将一定模式的结构光投射于物体表面，在表面上形成由被测物体表面形状所调制的光条三维图像。该三维图像由处于另一位置的面阵像机探测，从而获得光条二维畸变图像。直观上，沿光条显示出的位移(或偏移)与物体表面高度成比例，扭曲表示了平面的变化，不连续显示了表面的物理间隙。当激光器与面阵像机之间的相对位置一定时，由畸变的二维光条图像坐标便可重现物体表面的3D轮廓。由激光器、面阵像机和计算机组成的系统即构成了结构光3D视觉系统。由于在结构光3D视觉系统中采用三维测量技术，其原理简单，精度高，抗干扰性强，因此被广泛地运用在工业、交通等测量中，例如，对铁路中轨道交通的测量。但是，由于采用结构光3D系统测量技术仅能够获得被测图像的立体轮廓结构，不能获得被测物的2D图像，例如色彩，灰度值等，使得通过结构光3D系统测量的图像不能表达物体的2D色彩，所以，无法还原铁轨拍摄的实际场景，不能满足对轨道交通测量的要求。
技术实现思路
本专利技术实施例中提供了一种结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定方法及装置，以使结构光3D视觉系统获取的三维图像能够满足轨道交通测量的要求。第一方面，提供一种结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定方法，所述结构光3D视觉系统包括面阵相机和激光器，所述方法用于通过所述面阵相机和线阵相机对锯齿靶标进行拍摄和坐标标定，所述方法包括：获取所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和靶标坐标系的转换关系，并作为第一转换关系；获取所述线阵相机拍摄的锯齿靶标上的特征点的图像，以及所述特征点在线阵相机图像坐标系中的坐标；根据所述特征点在所述靶标坐标系中的坐标，和所述特征点在所述线阵相机图像坐标系中的坐标，建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第二转换关系；根据所述第一转换关系和所述第二转换关系，建立所述光平面坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第三转换关系；根据所述第三转换关系，得到所述光平面坐标系上的每个坐标点所对应的线阵相机图像坐标，以实现所述结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定。进一步地，根据所述特征点在所述靶标坐标系中的坐标，和所述特征点在所述线阵相机图像坐标系中的坐标，建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系包括：获取所述线阵相机图像坐标系与线阵相机图像物理坐标系之间的转换关系，所述线阵相机图像物理坐标系是以所述线阵相机透镜光轴与成像平面的交点为原点，以水平方向为X轴建立的一维坐标系；获取所述靶标坐标系与线阵相机坐标系之间的转换关系，所述线阵相机坐标系是以所述线阵相机光心为坐标原点，以所述线阵相机的光轴oz为Z轴建立直角坐标系；获取所述线阵相机坐标系与所述线阵相机图像物理坐标系之间的转换关系；根据所述线阵相机图像坐标系与线阵相机图像物理坐标系之间的转换关系，所述靶标坐标系与线阵相机坐标系之间的转换关系，以及所述线阵相机坐标系与所述线阵相机图像物理坐标系之间的转换关系，建立靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系。进一步地，建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第二转换关系包括：建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系为： s u 1 = m 11 m 12 m 13 m 21 m 22 m 23 X W Z W 1 ]]>其中，s为比例因子，u为所述线阵相机图像坐标系上的一个像素坐标，为一个2×3的投影矩阵M，为所述像素坐标u在所述靶标坐标系上的齐次坐标(XW,Zw,1)。进一步地，获取所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和靶标坐标系的转换关系，并作为第一转换关系包括：判断所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和所述靶标坐标系之间是否是刚体变换关系；如果是，则所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和靶标坐标系的转换关系为： X w i Z w i 1 = c o s θ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定方法，所述结构光3D视觉系统包括面阵相机和激光器，所述方法用于通过所述面阵相机和线阵相机对锯齿靶标进行拍摄和坐标标定，其特征在于，所述方法包括：获取所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和靶标坐标系的转换关系，并作为第一转换关系；获取所述线阵相机拍摄的锯齿靶标上的特征点的图像，以及所述特征点在线阵相机图像坐标系中的坐标；根据所述特征点在所述靶标坐标系中的坐标，和所述特征点在所述线阵相机图像坐标系中的坐标，建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第二转换关系；根据所述第一转换关系和所述第二转换关系，建立所述光平面坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第三转换关系；根据所述第三转换关系，得到所述光平面坐标系上的每个坐标点所对应的线阵相机图像坐标，以实现所述结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定。

【技术特征摘要】
1.一种结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定方法，所述结构光3D视觉系统包括面阵相机和激光器，所述方法用于通过所述面阵相机和线阵相机对锯齿靶标进行拍摄和坐标标定，其特征在于，所述方法包括：获取所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和靶标坐标系的转换关系，并作为第一转换关系；获取所述线阵相机拍摄的锯齿靶标上的特征点的图像，以及所述特征点在线阵相机图像坐标系中的坐标；根据所述特征点在所述靶标坐标系中的坐标，和所述特征点在所述线阵相机图像坐标系中的坐标，建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第二转换关系；根据所述第一转换关系和所述第二转换关系，建立所述光平面坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第三转换关系；根据所述第三转换关系，得到所述光平面坐标系上的每个坐标点所对应的线阵相机图像坐标，以实现所述结构光3D视觉系统与线阵相机的联合标定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述特征点在所述靶标坐标系中的坐标，和所述特征点在所述线阵相机图像坐标系中的坐标，建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系包括：获取所述线阵相机图像坐标系与线阵相机图像物理坐标系之间的转换关系，所述线阵相机图像物理坐标系是以所述线阵相机透镜光轴与成像平面的交点为原点，以水平方向为X轴建立的一维坐标系；获取所述靶标坐标系与线阵相机坐标系之间的转换关系，所述线阵相机坐标系是以所述线阵相机光心为坐标原点，以所述线阵相机的光轴oz为Z轴建立直角坐标系；获取所述线阵相机坐标系与所述线阵相机图像物理坐标系之间的转换关系；根据所述线阵相机图像坐标系与线阵相机图像物理坐标系之间的转换关系，所述靶标坐标系与线阵相机坐标系之间的转换关系，以及所述线阵相机坐标系与所述线阵相机图像物理坐标系之间的转换关系，建立靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系，并作为第二转换关系包括：建立所述靶标坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系为： s u 1 = m 11 m 12 m 13 m 21 m 22 m 23 X W Z W 1 ]]>其中，s为比例因子，u为所述线阵相机图像坐标系上的一个像素坐标，为一个2×3的投影矩阵M，为所述像素坐标u在所述靶标坐标系上的齐次坐标(XW,Zw,1)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和靶标坐标系的转换关系，并作为第一转换关系包括：判断所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和所述靶标坐标系之间是否是刚体变换关系；如果是，则所述结构光3D视觉系统中的光平面坐标系和靶标坐标系的转换关系为： X w i Z w i 1 = c o s θ - s i n θ T x s i n θ cos θ T z 0 0 1 X s i Z s i 1 ]]>其中，(Xwi,Zwi)为任一所述特征点在所述靶标坐标系中的坐标，(Xsi,Zsi)为对应于所述特征点(Xwi,Zwi)在所述光平面坐标系中的坐标，θ为所述靶标坐标系的X轴与所述光平面坐标系中的X轴之间的夹角，(Tx,Tz)为平移向量，所述平移向量为所述光平面坐标系的坐标原点平移到所述靶标坐标系的坐标原点的平移向量。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述第一转换关系和所述第二转换关系，建立所述光平面坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系包括：根据所述第二转换关系和所述第一转换关系建立所述光平面坐标系和所述线阵相机图像坐标系的转换关系为： s u 1 = m 11 m 12 m 13 m 21 m 22 m 23 X W Z W 1 = m 11 m 12 m 13 m 21 m 22 m 23 c o s θ - sin θ T x s i n θ cos θ T z 0 0 1 X s i Z s i 1 . ]]>6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第三转换关系，得到所述光平面坐标系上的每个坐标点所对应的线阵相机图像坐标包括：获取所述线阵相机图像坐标系中每个像素坐标所对应的RGB值；通过所述第三转换关系，查找所述光平面坐标系上的每个坐标点所对应的线阵相机图像坐标；将每个所述RGB值映射到所述光平面坐标系上，使每个所述像素坐标的RGB值还原到所述结构光3D视觉系统中。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：建立所述线阵相机的畸变模型；根据所述畸变模型，以及交比不变的规律，代入所述线阵相机拍摄的锯齿靶标上的特征点，计算畸变系数；根据所述畸变系数对所述线阵相机拍摄的图像进行畸变校正。8.一种结构光3D视觉系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艺，王振杰，张勇，
申请(专利权)人：凌云光技术集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11