一种双3D相机对射姿态标定方法技术

本发明专利技术公开了一种双3D相机对射姿态标定方法，包括设置标定块，其上开设有多个垂直贯穿上下表面的孔洞；建立标定块坐标系；通过第一、第二3D相机对标定块的上下表面同时进行对射拍摄，获取标定块上下表面的第一、第二3D相机坐标系点云；选取多个孔洞，并记录选取的孔洞在标定块上下表面的坐标；根据第一、第二3D相机坐标系点云，分别计算标定块上下表面中选取的孔洞质心在第一、第二3D相机坐标系下的坐标；根据标定块上下表面中选取的孔洞质心在第一、第二3D相机坐标系下的坐标以及选取的孔洞在标定块上下表面的坐标，求得第一3D相机姿态到第二3D相机姿态、第二3D相机姿态到第一3D相机姿态或者第一、第二3D相机姿态到标定块姿态的刚体变换矩阵。的刚体变换矩阵。的刚体变换矩阵。

【技术实现步骤摘要】
一种双3D相机对射姿态标定方法


[0001]本专利技术涉及工业自动化机器视觉
，尤其涉及一种双3D相机对射姿态标定方法。

技术介绍

[0002]在工业自动化机器视觉领域，经常需要知道多个3D相机之间的姿态关系，实现点云拼接和测量。目前，常用的相机姿态标定，都是基于公共视野的特征点进行的，例如：“宝塔标定”通过3个面确定特征点，基于公共特征或标定块的物理尺寸进行多相机姿态标定，类似的还有“圆点标定块标定”和“棋盘格标定块标定”，但是这些标定方法都无法实现对射标定的功能。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述
技术介绍
中提及的相关技术存在的至少一个缺陷：现有的标定方法都无法实现对射标定的功能，提供一种双3D相机对射姿态标定方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双3D相机对射姿态标定方法，包括以下步骤：
[0005]设置步骤：设置标定块，所述标定块上开设有多个垂直贯穿上下表面的孔洞；
[0006]建立步骤：建立三维的标定块坐标系；
[0007]获取步骤：通过第一3D相机和第二3D相机对所述标定块的上下表面同时进行对射拍摄，获取所述标定块上表面的第一3D相机坐标系点云和下表面的第二3D相机坐标系点云；
[0008]选取步骤：选取多个所述孔洞，并记录选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标；
[0009]第一计算步骤：根据所述第一3D相机坐标系点云，计算所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的坐标；
[0010]第二计算步骤：根据所述第二3D相机坐标系点云，计算所述标定块下表面中选取的所述孔洞质心在所述第二3D相机坐标系下的坐标；
[0011]标定步骤：根据所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的坐标、所述标定块下表面中选取的所述孔洞质心在所述第二3D相机坐标系下的坐标以及选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标，求得所述第一3D相机姿态到所述第二3D相机姿态、所述第二3D相机姿态到所述第一3D相机姿态或者所述第一3D相机和所述第二3D相机姿态到所述标定块姿态的刚体变换矩阵。
[0012]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，所述标定块的上下表面平整且相互平行。
[0013]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，所述建立步骤包括：
[0014]以所述标定块上表面或下表面中的任一所述孔洞为坐标原点，建立三维坐标系，得到所述标定块坐标系。
[0015]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，所述选取步骤包括：
[0016]在所述标定块坐标系下选取多个所述孔洞，并记录选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标；或者，
[0017]在所述第一3D相机坐标系和所述第二3D相机坐标系下分别选取多个所述孔洞，并记录选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标。
[0018]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，在所述第一3D相机坐标系和所述第二3D相机坐标系下分别选取的多个所述孔洞在所述标定块上下表面中的位置相同或不同。
[0019]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，所述第一计算步骤包括：
[0020]通过所述第一3D相机坐标系点云拟合所述标定块上表面的平面方程；
[0021]计算所述标定块坐标系下所述标定块上表面中选取的所述孔洞及其周围点云的点到所述平面的距离，得到2D距离图；
[0022]通过点到所述平面的距离阈值将所述标定块上表面中选取的所述孔洞的所在区域从所述2D距离图中提取出来，并确定所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的XY坐标；
[0023]将所述XY坐标代入所述平面方程，得到所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的Z坐标；
[0024]最终得到所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的XYZ坐标；
[0025]所述第二计算步骤包括：
[0026]通过所述第二3D相机坐标系点云拟合所述标定块下表面的平面方程；
[0027]计算所述标定块坐标系下所述标定块下表面中选取的所述孔洞及其周围点云的点到所述平面的距离，得到2D距离图；
[0028]通过点到平面的距离阈值将所述标定块下表面中选取的所述孔洞的所在区域从所述2D距离图中提取出来，并确定所述标定块下表面中选取的所述孔洞质心在所述第二3D相机坐标系下的XY坐标；
[0029]将所述XY坐标代入所述平面方程，得到所述标定块下表面中选取的所述孔洞质心在所述第二3D相机坐标系下的Z坐标；
[0030]最终得到所述标定块下表面中选取的所述孔洞质心在所述第二3D相机坐标系下的XYZ坐标。
[0031]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，所述通过所述第一3D相机坐标系点云拟合所述标定块上表面的平面方程，包括：
[0032]首先通过所述第一3D相机坐标系点云，提取到选取的所述孔洞所在平面的点云，然后通过随机一致性抽样算法拟合所述标定块上表面的平面方程；
[0033]所述通过所述第二3D相机坐标系点云拟合所述标定块下表面的平面方程，包括：
[0034]首先通过所述第二3D相机坐标系点云，提取到选取的所述孔洞所在平面的点云，然后通过随机一致性抽样算法拟合所述标定块下表面的平面方程。
[0035]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，所述标定步骤中采用最小二乘法进行所述刚体变换矩阵的计算。
[0036]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，所述标定步骤中采用随机一致性抽样算法进行所述刚体变换矩阵的计算，包括：
[0037]S1：分别抽取一组所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的坐标、所述标定块下表面中选取的所述孔洞质心在所述第二3D相机坐标系下的坐标以及选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标，计算一个所述刚体变换矩阵；
[0038]S2：将不同坐标系下的所述孔洞质心统一变换到所述第一3D相机坐标系、所述第二3D相机坐标系或所述标定块坐标系下；
[0039]S3：若将不同坐标系下所述孔洞质心统一变换到所述标定块坐标系下，判断转换后的孔洞质心坐标与所述标定块坐标系下的孔洞质心坐标之间的距离是否小于距离阈值，若是，则认为所述孔洞质心之间重叠；若否，则认为所述孔洞质心之间不重叠；
[0040]S4：重复多次上述步骤S1至S3，得到多个所述刚体变换矩阵，选取孔洞质心重叠最多的所述刚体变换矩阵作为最后的结果。
[0041]优选地，在本专利技术所述的双3D相机对射姿态标定方法中，所述方法还包括：
[0042]拼接步骤：利用所述刚体变换矩阵对所述第一3D相机坐标系点云和所述第二3D相机坐标系点云进行拼接，得到拼接后的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双3D相机对射姿态标定方法，其特征在于，包括以下步骤：设置步骤：设置标定块，所述标定块上开设有多个垂直贯穿上下表面的孔洞；建立步骤：建立三维的标定块坐标系；获取步骤：通过第一3D相机和第二3D相机对所述标定块的上下表面同时进行对射拍摄，获取所述标定块上表面的第一3D相机坐标系点云和下表面的第二3D相机坐标系点云；选取步骤：选取多个所述孔洞，并记录选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标；第一计算步骤：根据所述第一3D相机坐标系点云，计算所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的坐标；第二计算步骤：根据所述第二3D相机坐标系点云，计算所述标定块下表面中选取的所述孔洞质心在所述第二3D相机坐标系下的坐标；标定步骤：根据所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的坐标、所述标定块下表面中选取的所述孔洞质心在所述第二3D相机坐标系下的坐标以及选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标，求得所述第一3D相机姿态到所述第二3D相机姿态、所述第二3D相机姿态到所述第一3D相机姿态或者所述第一3D相机和所述第二3D相机姿态到所述标定块姿态的刚体变换矩阵。2.根据权利要求1所述的双3D相机对射姿态标定方法，其特征在于，所述标定块的上下表面平整且相互平行。3.根据权利要求1所述的双3D相机对射姿态标定方法，其特征在于，所述建立步骤包括：以所述标定块上表面或下表面中的任一所述孔洞为坐标原点，建立三维坐标系，得到所述标定块坐标系。4.根据权利要求1所述的双3D相机对射姿态标定方法，其特征在于，所述选取步骤包括：在所述标定块坐标系下选取多个所述孔洞，并记录选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标；或者，在所述第一3D相机坐标系和所述第二3D相机坐标系下分别选取多个所述孔洞，并记录选取的所述孔洞在所述标定块上下表面的坐标。5.根据权利要求4所述的双3D相机对射姿态标定方法，其特征在于，在所述第一3D相机坐标系和所述第二3D相机坐标系下分别选取的多个所述孔洞在所述标定块上下表面中的位置相同或不同。6.根据权利要求1所述的双3D相机对射姿态标定方法，其特征在于，所述第一计算步骤包括：通过所述第一3D相机坐标系点云拟合所述标定块上表面的平面方程；计算所述标定块坐标系下所述标定块上表面中选取的所述孔洞及其周围点云的点到所述平面的距离，得到2D距离图；通过点到所述平面的距离阈值将所述标定块上表面中选取的所述孔洞的所在区域从所述2D距离图中提取出来，并确定所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所述第一3D相机坐标系下的XY坐标；将所述XY坐标代入所述平面方程，得到所述标定块上表面中选取的所述孔洞质心在所
述第一3D相...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭佳佳，麦浩晃，张琪，
申请(专利权)人：昂视智能深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：