基于理想成像平面的散斑结构光标定方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，包括以下步骤：确定实际结构光标定，在指定位置上完成结构光相机模组的装配，移动参考面，通过红外相机的成像平面获取在参考面移动过程中的散斑点对，根据散斑点对获取实际视差值；建立理想成像平面，根据散斑投射器和参考面的实际位置确定理想成像平面；计算变换矩阵，通过红外相机实际位置的坐标系确定实际相机成像平面与理想成像平面之间的空间位置关系，并计算从实际相机坐标系到所述理想成像平面坐标系的变换矩阵；根据所述变换矩阵，对实际视差值进行变换，获取理想视差值并计算相机外部参数；本发明专利技术在标定过程中不需要进行AA对齐装配设备，降低对产线装配的要求和成本。

【技术实现步骤摘要】
基于理想成像平面的散斑结构光标定方法和设备
本专利技术涉及一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法和设备，属于图像处理和计算机视觉

技术介绍
传统的散斑结构光相机标定方案一般都在指定位置比如生成流水线上先完成AA装配和对齐(AA，其全称是ActiveAlignment，即主动对齐，是一项确定零配件装配过程中相对位置的技术),然后根据理想的标定模型求解出相机的外参，最后根据所求参数是否满足精度要求，进行良品判断，具体操作过程如附图1所示。其中，散斑结构光的外参求解模型如图例2所示。不同深度的两幅散斑图之间会有一个偏移量，根据所获得的偏移量和已知的不同深度，其中，D表示散斑投射器的位置，C表示结构光相机的光心位置，b表示结构光相机的基线，f表示红外相机的焦距。在距离相机L处是一个参考平面，激光散斑光源发射的光照射到参考平面上时，反射光线将落在结构光相机成像面上，当参考面向前平移到距离结构光相机为depth处，这时在成像面上的点将发生偏移，偏移量为d。利用三角测距的原理，根据这个偏移量，可求出相机外参：传统的散斑结构光相机标定方案往往需要高精密的AA对齐装配设备，其价格非常昂贵，且一旦装配完成，相机装配的精度就已经确定无法再改变。这使得在标定过程中若出现精度不达标的情况，只能将设备进行整体替换，存在着较大的成本开销和资源浪费。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法和设备和介质，通过建立理想成像平面，在标定过程中不需要进行AA对齐装配设备，降低对产线装配的要求和成本。本专利技术的技术方案如下：技术方案一：一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，包括以下步骤：确定实际结构光标定，在指定位置上完成结构光相机模组的装配，所述结构光相机模组包括散斑投射器和红外相机，垂直于红外相机的成像平面设置参考面，移动参考面，通过红外相机的成像平面获取在参考面移动过程中的散斑投射器投射出的散斑点对，根据所述散斑点对的偏移量获取实际视差值；建立理想成像平面，根据散斑投射器的投射点、红外相机的光心位置以及参考面的实际位置确定理想成像平面，所述理想成像平面为理想状态的无安装误差成像平面；计算变换矩阵，通过红外相机实际位置的坐标系确定实际相机成像平面与理想成像平面之间的空间位置关系，根据所述空间位置关系计算从实际相机坐标系到所述理想成像平面坐标系的变换矩阵；计算相机外部参数，根据所述变换矩阵，对所述实际视差值进行矩阵变换，获取理想视差值；根据所述理想视差值计算相机外部参数。进一步的，确定所述理想成像平面的条件为：所述理想成像平面与参考面平行且所述理想成像平面的光心与散斑投射器的投射点之间的连线与理想成像平面坐标系的横向像素平行。进一步的，还包括对所述变换矩阵和理想视差值进行优化的步骤，具体为：构建单应矩阵H作为变换矩阵来表示从实际相机坐标系到所述理想成像平面坐标系的坐标变化；对理想成像平面的理想成像散斑点的坐标进行对极约束，所述对极约束的条件为：同一理想成像散斑点在不同距离下的成像差异，且只在x轴上变化；基于所述对极约束的条件和单应矩阵H构造通过相机成像平面上的散斑点计算单应矩阵H和理想视差值的非线性方程，通过多次移动参考面获取多组散斑点对，求解并优化所述非线性方程的计算结果，对单应矩阵H进行优化。技术方案二：一种基于理想成像平面的散斑结构光标定设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：确定实际结构光标定，在指定位置上完成结构光相机模组的装配，所述结构光相机模组包括散斑投射器和红外相机，垂直于红外相机的成像平面设置参考面，移动参考面，通过红外相机的成像平面获取在参考面移动过程中的散斑投射器投射出的散斑点对，根据所述散斑点对的偏移量获取实际视差值；建立理想成像平面，根据散斑投射器的投射点、红外相机的光心位置以及参考面的实际位置确定理想成像平面，所述理想成像平面为理想状态的无安装误差成像平面；计算变换矩阵，通过红外相机实际位置的坐标系确定实际相机成像平面与理想成像平面之间的空间位置关系，根据所述空间位置关系计算从实际相机坐标系到所述理想成像平面坐标系的变换矩阵；计算相机外部参数，根据所述变换矩阵，对所述实际视差值进行矩阵变换，获取理想视差值；根据所述理想视差值计算相机外部参数。进一步的，确定所述理想成像平面的条件为：所述理想成像平面与参考面平行且所述理想成像平面的光心与散斑投射器的投射点之间的连线与理想成像平面坐标系的横向像素平行。进一步的，还包括对所述变换矩阵和理想视差值进行优化的步骤，具体为：构建单应矩阵H作为变换矩阵来表示从实际相机坐标系到所述理想成像平面坐标系的坐标变化；对理想成像平面的理想成像散斑点的坐标进行对极约束，所述对极约束的条件为：同一理想成像散斑点在不同距离下的成像差异，且只在x轴上变化；基于所述对极约束的条件和单应矩阵H构造通过相机成像平面上的散斑点计算单应矩阵H和理想视差值的非线性方程，通过多次移动参考面获取多组散斑点对，求解并优化所述非线性方程的计算结果，对单应矩阵H进行优化。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，通过建立理想成像平面，在标定过程中不需要进行AA对齐装配设备，降低对产线装配的要求和成本。2、本专利技术一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，通过对变化矩阵和理想视差值进行非线性优化，有效降低了标定误差，从而提高视差匹配速度和计算的精度。3、本专利技术一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，可以获取不良品的实际相机成像平面与理想成像平面之间的空间位置关系，根据该空间位置关系可以通过后期算法对不良品的相机模组的参数进行校正，从而降低产品不良率。附图说明图1为现有散斑结构光相机标定方案的流程示意图；图2为散斑结构光的外参求解模型的示例图；图3为本专利技术实施例的散斑结构光标定的流程图；图4为实际相机成像平面与理想成像平面的对比示例图；图5为实际相机成像平面与理想成像平面的极线对比示例图；图6为本专利技术实施例二中对变换矩阵和理想视差值进行优化的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例来对本专利技术进行详细的说明。实施例一：参见图3至图5，一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，包括以下步骤：确定实际结构光标定，在指定位置上完成结构光相机模组的装配，所述结构光相机模组包括散斑投射器和红外相机，垂直于红外相机的成像平面设置参考面，记录此时参考面到结构光相机模组的距离L以及此时红外相机的成像平面C上的散斑图，接着移动参考面，第二次记录参考面到结构光相机模组的距离depth以及此时红外相机的成像平面C上的散斑图，根据前后两幅散斑图上的一组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n确定实际结构光标定，在指定位置上完成结构光相机模组的装配，所述结构光相机模组包括散斑投射器和红外相机，垂直于红外相机的成像平面设置参考面，移动参考面，通过红外相机的成像平面获取在参考面移动过程中的散斑投射器投射出的散斑点对，根据所述散斑点对的偏移量获取实际视差值；/n建立理想成像平面，根据散斑投射器的投射点、红外相机的光心位置以及参考面的实际位置确定理想成像平面，所述理想成像平面为理想状态的无安装误差成像平面；/n计算变换矩阵，通过红外相机实际位置的坐标系确定实际相机成像平面与理想成像平面之间的空间位置关系，根据所述空间位置关系计算从实际相机坐标系到所述理想成像平面坐标系的变换矩阵；/n计算相机外部参数，根据所述变换矩阵，对所述实际视差值进行矩阵变换，获取理想视差值；根据所述理想视差值计算相机外部参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定实际结构光标定，在指定位置上完成结构光相机模组的装配，所述结构光相机模组包括散斑投射器和红外相机，垂直于红外相机的成像平面设置参考面，移动参考面，通过红外相机的成像平面获取在参考面移动过程中的散斑投射器投射出的散斑点对，根据所述散斑点对的偏移量获取实际视差值；
建立理想成像平面，根据散斑投射器的投射点、红外相机的光心位置以及参考面的实际位置确定理想成像平面，所述理想成像平面为理想状态的无安装误差成像平面；
计算变换矩阵，通过红外相机实际位置的坐标系确定实际相机成像平面与理想成像平面之间的空间位置关系，根据所述空间位置关系计算从实际相机坐标系到所述理想成像平面坐标系的变换矩阵；
计算相机外部参数，根据所述变换矩阵，对所述实际视差值进行矩阵变换，获取理想视差值；根据所述理想视差值计算相机外部参数。


2.根据权利要求1所述的一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，其特征在于，确定所述理想成像平面的条件为：所述理想成像平面与参考面平行且所述理想成像平面的光心与散斑投射器的投射点之间的连线与理想成像平面坐标系的横向像素平行。


3.根据权利要求1所述的一种基于理想成像平面的散斑结构光标定方法，其特征在于，还包括对所述变换矩阵和理想视差值进行优化的步骤，具体为：
构建单应矩阵H作为变换矩阵来表示从实际相机坐标系到所述理想成像平面坐标系的坐标变化；
对理想成像平面的理想成像散斑点的坐标进行对极约束，所述对极约束的条件为：同一理想成像散斑点在不同距离下的成像差异，且只在x轴上变化；
基于所述对极约束的条件和单应矩阵H构造通过相机成像平面上的散斑点计算单应矩阵H和理想视差值的非线性方程，通过多次移动参考面获取多组散斑点对，求解并优化所述非线性方程的计算结果，对单应矩阵H进行优化。


4.一种基于理想成像平面的散斑结...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，郭锋，胡昊文，
申请(专利权)人：福建新大陆自动识别技术有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35