【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非接触式测量，尤其涉及一种基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法。
技术介绍
1、线结构光扫描仪具有非接触、速度快、精度高的优点，被广泛应用于三维测量和逆向工程等方面。在线结构光测量系统中，测量的精度取决于系统标定的精度，而线结构光扫描仪的光平面标定是系统标定中的关键部分。
2、光平面标定是结合标定靶物的几何约束和摄像机透视原理，获取线结构光模型中光平面方程参数的过程。目前线结构光光平面标定常采用huynh等在internationaljournal of computer vision上面发表了题为“calibrating a structured lightstripe system:a novel approach”的文章，提出利用交比不变性原理获得光平面标定点的标定方法。该专利技术基于交比不变性原理求解棋盘格标定板上的三个共线点所在直线的交点坐标，从而得到光平面标定上较高精度的标点，多用于现场标定。但是该方法需要线结构光投射的光条与棋盘格相交，不利于线结构光中心点和棋盘角点的提取，并且提取的特征点较少；南京航天航空大学崔海华等专利技术了专利号cn113674360a“一种基于协变的线结构光光平面标定方法”。专利技术了联立光平面上光条的plüker矩阵求解光平面方程的标定方案，该专利技术利用求解plüker矩阵求需要联立三个平面方程来计算光平面上多个光条的plüker矩阵，求过程较为复杂且存在矩阵的分解误差。针对上述的难于提取光平面特征点以及标定过程计算复杂等问题，本专利技术提供一种新的线结
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，包括：
3、对扫描仪的相机进行标定得到相机内参矩阵和畸变参数；
4、以棋盘格标定板作为靶标参照物采集有光条的标定板图像和无光条的靶标图像；
5、提取所述有光条的标定板图像在像素坐标下的特征点，并基于所述特征点确定光条在相机坐标系中的位置得到若干相机坐标系下的坐标点；
6、基于若干所述坐标点分别构建空间平面方程得到标定板图像对应的空间平面方程；
7、提取棋盘格标定板上的图像角点坐标，基于若干所述角点坐标分别构建空间平面方程得到靶标图像对应的空间平面方程；
8、基于若干所述标定板图像对应的空间平面方程和若干所述靶标图像对应的空间平面方程得到光平面方程。
9、可选地，以棋盘格标定板作为靶标参照物采集有光条的标定板图像和无光条的靶标图像的过程包括：
10、将棋盘格标定板倾斜放置在扫描仪的工作平台上，控制工作平台步进运动；
11、当工作平台停止时，采集有光条的标定板图像和无光条的靶标图像；
12、对所述有光条的标定板图像和无光条的靶标图像进行去畸变处理得到去畸变后的标定板图像和无光条的靶标图像。
13、可选地，采集图像后还包括构建坐标系；
14、其中，构建的坐标系包括：以摄像机的光心为原点建立摄像机坐标系；在图像左上角为原点建立图像像素坐标系；以摄像机光心与成像平面交点为原点建立图像物理坐标系；以平面标定板左上角角点为原点建立世界坐标系。
15、可选地，提取标定板图像在像素坐标下的特征点并基于所述特征点得到坐标点的过程包括：
16、基于灰度重心算法在提取标定板图像中提取光条中心的像素坐标系下的特征点；
17、基于所述特征点确定过标定板图像的激光条纹中心像素坐标的直线；
18、基于相机坐标系和图像像素坐标系之间的几何关系，计算直线上的坐标点。
19、可选地，所述相机坐标系和图像像素坐标系之间的几何关系为：
20、
21、式中，ah为相机的垂直视场角，av为相机的水平视场角，n与m表示图像mli的像素大小为n×m，dp为坐标pqp向z轴偏移的距离，xqp表示直线lq(q＝1,2…n)上坐标在x轴的距离，yqp表示直线lq(q＝1,2...n)上坐标在y轴的距离，(u,v)表示激光条纹中心像素坐标，(xqp，yqp)表示相机坐标系下的点。
22、可选地，计算标定板图像对应的空间平面方程的过程包括：
23、基于若干所述坐标点，构建每个坐标点所在的空间平面方程得到若干坐标点空间平面方程；
24、基于若干所述坐标点空间平面方程构建线性方程组；
25、对所述线性方程组求解后得到标定板图像对应的空间平面方程；
26、其中，所述标定板图像对应的空间平面方程表达式为：
27、ai1x+bi1y-z+ci1＝0
28、式中，ai1,bi1,ci1,表示同一个标定板改变第i次位姿的相机坐标系下的平面方程。
29、可选地，计算得到靶标图像对应的空间平面方程的过程包括：
30、基于角点坐标提取算法提取棋盘格标定板在像素坐标系下的图像角点坐标；
31、基于平面靶标的图像外参标定方法可得到靶标图像的外参；
32、基于所述相机内参矩阵、畸变参数和靶标图像的外参将图像角点坐标转换到世界坐标系；
33、基于世界坐标系中的位置建立图像角点坐标对应的空间平面方程；
34、基于若干所述图像角点坐标对应的空间平面方程构建线性方程组；
35、对所述线性方程组求解后得到靶标图像对应的空间平面方程。
36、可选地，基于若干所述标定板图像对应的空间平面方程和若干所述靶标图像对应的空间平面方程得到光平面方程的过程包括：
37、基于若干所述标定板图像对应的空间平面方程和若干所述靶标图像对应的空间平面方程得到若干交线方程；
38、对若干所述交线方程进行光平面拟合得到光平面方程；
39、其中，所述光平面方程的表达式为：
40、axv+byv-zv+c＝0
41、式中，a,b,c表示光平面方程的系数，(xv,yv,zv)表示光平面上的坐标。
42、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
43、本专利技术提供的线结构光扫描仪标定方法只需控制标定板作一次平移运动，就能完成光平面标定，所需的人工调整少，便于实现自动化。本专利技术提供的标定方法是利用参考偏移平面求出光平面上面的多条特征直线方程，再拟合得到该光平面方程，所以其标定精度高于传统基于空间变换的标定方法。
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1.一种基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，以棋盘格标定板作为靶标参照物采集有光条的标定板图像和无光条的靶标图像的过程包括：
3.根据权利要求2所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，采集图像后还包括构建坐标系；
4.根据权利要求3所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，提取标定板图像在像素坐标下的特征点并基于所述特征点得到坐标点的过程包括：
5.根据权利要求4所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，所述相机坐标系和图像像素坐标系之间的几何关系为：
6.根据权利要求4所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，计算标定板图像对应的空间平面方程的过程包括：
7.根据权利要求1所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，计算得到靶标图像对应的空间平面方程的过程包括：
8.根据权利要
...【技术特征摘要】
1.一种基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，以棋盘格标定板作为靶标参照物采集有光条的标定板图像和无光条的靶标图像的过程包括：
3.根据权利要求2所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，采集图像后还包括构建坐标系；
4.根据权利要求3所述的基于偏移参考平面原理的线结构光光平面标定方法，其特征在于，提取标定板图像在像素坐标下的特征点并基于所述特征点得到坐标点的过程包括：
5.根据权利要求4所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：高兴宇，王文龙，李煜，刘威，宁黎华，李伟明，岳剑峰，李晓辉，秦同庆，王阳阳，陈水标，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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