一种单目旋转结构光三维测量系统标定方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115046498A(43)申请公布日2022.09.13(21)申请号202210959938.0(22)申请日2022.08.11(71)申请人中国石油大学（华东）地址257000山东省东营市东营区北一路739号中国石油大学(华东)申请人潍坊市特种设备检验研究院(72)发明人李肖李伟辛海军陈兴佩殷晓康袁新安周晶玉陈怀远冀全鑫陈炳荣(74)专利代理机构东营双桥专利代理有限责任公司37107专利代理师方圆(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)G01B11/00(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图2页(54)发明名称一种单目旋转结构光三维测量系统标定方法(57)摘要本发明属于油气装备检测技术领域，尤其涉及一种单目旋转结构光三维测量系统标定方法。一种单目旋转结构光三维测量系统标定方法，通过标定结构光平面从而获得振镜的真实旋转轴线，由此精确获得了相机与光平面簇之间的位置关系，从而消除了单目旋转结构光三维测量系统中装调误差对标定精度的影响，提高了系统的测量精度。一种单目旋转结构光三维测量系统标定方法包括有搭建单目旋转结构光三维测量系统、标定结构光平面及振镜旋转轴线、计算单目旋转结构光三维测量系统的三维坐标等步骤特征。CN115046498ACN115046498A权利要求书1/4页1.一种单目旋转结构光三维测量系统标定方法，其特征在于，包括有如下步骤：步骤一、搭建单目旋转结构光三维测量系统；所述步骤一可具体描述为：采用相机、线结构光激光器和振镜搭建单目旋转结构光三维测量系统；其中，振镜用于将线结构光激光器发出的线结构光反射至被测目标表面；步骤二、标定结构光平面及振镜旋转轴线；所述步骤二中标定结构光平面及振镜旋转轴线的过程具体包括有：标定相机成像模型；在不安装振镜的情况下，使用棋盘格板标定相机成像模型及入射光平面方程；保持相机与线结构光激光器相对位置不变，安装振镜并标定振镜旋转前后两反射光平面方程；基于入射光平面方程及振镜旋转前后两反射光平面方程，求解得到振镜真实旋转轴线；所述步骤二中标定相机成像模型的过程可具体描述为：在相机视场内放置棋盘格板，保持棋盘格板固定并用相机采集其图像；在相机视场内改变n次棋盘格板姿态并重复前述步骤，其中n≥15；利用张氏标定法，结合采集到的n张图像，标定相机的成像模型，获得相机内参数矩阵和畸变参数；其中，相机成像模型满足：式（1）；其式（1）中，为尺度因子，为相机拍摄图像的主点坐标，为相机像元在横、纵方向的等效焦距，为旋转矩阵，为平移矩阵，为棋盘格板角点的三维坐标，为棋盘格板角点在图像上的像素坐标，为相机的内参数矩阵，为相机的外参数矩阵；所述步骤二中在不安装振镜的情况下，使用棋盘格板标定相机成像模型及入射光平面方程的过程可具体描述为：在不安装振镜的情况下，在相机视场内摆放1号位置棋盘格板，并以1号位置棋盘格板左上角的角点为原点，棋盘格竖直排列方向为轴、水平排列方向为轴、垂直于标定板平面向上为轴建立临时坐标系；通过1号位置棋盘格板角点的二维物理坐标与对应的二维像素坐标，可得到3×3的单应性矩阵以及相机到1号位置棋盘格板的外参数矩阵；其中，相机坐标系下，棋盘格角点三维坐标与其图像像素坐标的对应关系为：2CN115046498A权利要求书2/4页式（2）；其式（2）中，为棋盘格角点在相机坐标系下的三维坐标；保持1号位置棋盘格板固定，开启线结构光激光器，其发射的入射光平面与1号位置棋盘格板相交于直线；通过相机拍摄线结构光图像，并利用灰度重心法提取线结构光中心线上各点的像素坐标：式（3）；其式（3）中，为线结构光图像中像素坐标处的像素点灰度值，为方向上线结构光所占像素点的集合，是线结构光中心线上点的像素坐标；根据线结构光中心线上点的像素坐标、1号位置棋盘格板标定结果及式（2）计算所得线结构光中心线上像素点在相机坐标系下的三维坐标，由最小二乘法拟合出线结构光的方程；保持线结构光激光器开启，在相机视场内放置2号位置棋盘格板，其中1号位置棋盘格板与2号位置棋盘格板不共面；入射光平面与2号位置棋盘格板相交于直线；通过相机拍摄线结构光图像并利用灰度重心法提取线结构光的中心，根据式（2）计算出线结构光中心线上各像素点在相机坐标系下的三维坐标，并拟合出线结构光的方程；所述步骤二中保持相机与线结构光激光器相对位置不变，安装振镜并标定振镜旋转前后两反射光平面方程的过程可具体描述为：安装振镜，并将振镜旋转至初始角度；反射光平面与3号位置棋盘格板相交于直线，与4号位置棋盘格板交于直线；将振镜旋转至特定角度，反射光平面与3号位置棋盘格板相交于直线，与4号位置棋盘格板交于直线；分别拟合直线、、以及在相机坐标系下的方程，其中3号位置棋盘格板与4号位置