基于消隐点的线结构光测量系统标定方法

• 87•本课题基于线结构光视觉测量的方法，实现三维重建工作。

其中测量系统参数标定是首要步骤，并且对精度产生影响。

传统的标定方法需要借助价格昂贵的实验仪器，且标定步骤十分复杂，效率低下。

本文结合实验室现有仪器和开发环境，将标定分为相机标定和光平面标定两部分。

本方法仅使用棋盘格作为平面标靶，只需要保证结构光能够投影到棋盘格，并且棋盘格可以自由移动。

相机标定部分选用张正友方法，得出内参和外参矩阵，以及修复畸变后得图像。

光平面标定部分使用线结构光和自由移动平面靶标，得出光平面方程。

引言：如今工业迅速发展，传统的测量工具越来越难以满足现在的测量要求。

二维工业相机作为常用工具虽然可以很方便地获取图像，但是丢失了深度信息。

基于线结构光的测量技术具有较高的测量精度和较快的响应速度，在精密仪器测量、产品检验、道路检测等领域有较好的应用。

该测量方法依据三角测量法则，由线激光器发出激光并投射到被测工件表面，利用结构光面与相机之间的位置关系建立数学模型并提取工件表面信息。

本文主要研究的是三维测量系统中的标定部分，本文结合实验室现有仪器和开发环境，将测量系统标定分为相机标定和光平面标定两部分。

在相机标定部分已经有了大量成熟的理论，例如基于径向约束的方法，基于主动视觉的方法等。

本实验决定采用张正友提出的定方法。

在传统标定法中需要借助高精度的三维标定块来完成，而张正友教授提出的方法仅需使用一个打印出来的棋盘格。

大大节省了成本，同时也提高了精度便于操作。

国内外学者对光平面标定也有着大量的研究，R.Dewar和K.W.James 提出了拉丝的标定方法。

这种方法需要高精度的定位仪器，所以不便于实验室使用。

段发阶提出了齿形标靶法，齿形标靶较难制作，且对精度要求较高，所以不适合。

本文选用一种基于自由标靶平面的方法，利用相机标定得出的内参外参后，通过求取结构光条纹与靶标平面内直线的交点来拟合得到结构光面平面方程。

该标定过程与简单，易于实现，且成本低。

结构光系统标定结构光系统标定是一种常用于三维重建和计算机视觉领域的技术。

它通过使用结构光投射器和相机来获取物体的三维形状信息。

在这篇文章中，我们将探讨结构光系统标定的原理、方法和应用。

一、原理结构光系统标定的原理基于三角测量和相机模型。

结构光投射器会发射一系列光条或光斑，这些光条或光斑会投射到物体表面上。

相机会捕捉到这些投射在物体上的光条或光斑，并计算出它们在图像中的位置。

通过分析光条或光斑在图像中的位置和相机参数，可以推导出物体的三维形状信息。

二、方法结构光系统标定的方法可以分为两个步骤：相机标定和投射器标定。

1. 相机标定相机标定是确定相机内外参数的过程。

常用的相机标定方法包括使用棋盘格标定板、球体标定板或多个视角下的特征点标定。

通过在不同位置和角度下拍摄标定板或特征点，可以计算出相机的内参（如焦距、主点位置）和外参（如相机的旋转矩阵和平移向量）。

2. 投射器标定投射器标定是确定投射器的内外参数的过程。

常用的投射器标定方法包括使用棋盘格标定板或特殊的标定物体。

通过在不同位置和角度下投射标定板或标定物体，可以计算出投射器的内参（如投射中心、投射方向）和外参（如投射器的旋转矩阵和平移向量）。

三、应用结构光系统标定在许多领域都有广泛的应用。

1. 三维重建结构光系统标定可以用于三维重建，例如建模文物、建筑物或人体等。

通过获取物体的三维形状信息，可以实现精确的三维重建和测量。

2. 增强现实结构光系统标定可以用于增强现实技术中。

通过将虚拟物体与真实世界进行对齐，可以实现更加逼真的增强现实体验。

3. 人机交互结构光系统标定可以用于人机交互界面的设计。

通过识别手势或姿态，可以实现自然而直观的人机交互方式。

4. 工业检测结构光系统标定可以用于工业检测中。

通过获取物体的三维形状信息，可以实现缺陷检测、尺寸测量等应用。

总结：结构光系统标定是一种重要的技术，它可以用于三维重建、增强现实、人机交互和工业检测等领域。

通过相机标定和投射器标定，可以获取物体的三维形状信息。

基于消失点的相机标定算法研究
基于消失点的相机标定算法是一种利用消失点信息来估计相机内部参数的方法。

消失点是指平行线在图像上的交点，它在射影空间下位于无穷远处。

由于消失点具有与焦距和相机相对于世界坐标系的旋转有关的特性，因此可以利用这些信息来估计相机的内部参数。

基于消失点的相机标定算法通常包括以下步骤：
1. 检测消失点：使用计算机视觉技术检测图像中的消失点。

这可以通过分析图像中的线条和边缘来实现。

2. 提取消失点信息：从检测到的消失点中提取有用的信息，如消失点的坐标、方向和距离。

3. 计算相机参数：利用消失点信息计算相机的内部参数，如焦距、主点坐标和畸变系数等。

这可以通过建立数学模型和优化算法来实现。

4. 验证结果：使用不同的图像来验证算法的准确性和可靠性。

基于消失点的相机标定算法具有以下优点：
1. 鲁棒性强：由于消失点具有明显的特征，因此算法对光照条件和物体表面的纹理要求较低。

2. 精度高：由于消失点信息包含了大量的几何信息，因此算法的精度较高。

3. 适用范围广：该算法适用于不同类型的相机和场景，可以用于静态场景和动态场景。

然而，基于消失点的相机标定算法也存在一些局限性：
1. 对场景要求较高：要求场景中存在大量的平行线，否则无法检测到消失点。

2. 计算复杂度高：算法需要进行大量的计算和优化，因此需要高性能的计算机资源。

3. 无法处理遮挡问题：如果图像中被遮挡的区域包含了消失点，则算法可能会出现错误。

为了解决这些问题，未来可以考虑进一步优化算法的计算效率、研究如何处理遮挡问题以及探索如何利用深度学习技术来提高算法的准确性和鲁棒性。

基于Scheimpflug定律的线结构光系统摄像机标定方法王平江;吴娟娟【摘要】建立了基于倾斜镜头的摄像机标定模型,给出了利用HALCON软件的简便标定方法.以线结构光传感器模型为基础,深入研究了满足Scheimpflug定律的恒聚焦光路系统,Scheimpflug定律使光敏元件和镜头之间产生了一个夹角,镜头相对于相机是倾斜放置的.针对倾斜镜头的标定做了相应的研究,利用传统摄像机标定的线性与非线性模型建立了基于倾斜镜头的摄像机数学模型,并利用HALCON机器视觉软件给出流程化的标定步骤.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2017(039)010【总页数】6页(P10-14,19)【关键词】Scheimpflug定律;恒聚焦光路;倾斜镜头;线结构光;标定;HALCON 【作者】王平江;吴娟娟【作者单位】华中科技大学机械科学与工程学院国家数控系统工程技术研究中心,武汉 430000;华中科技大学机械科学与工程学院国家数控系统工程技术研究中心,武汉 430000【正文语种】中文【中图分类】TP290 引言在光电检测领域，激光三角法以其快速、非接触、高精度的特点，被广泛使用，其中市场上出现最多的是基于线结构光的激光三角测量系统，已经有相应的产品，如北京大恒公司代理国外厂商LMI Technologies INC的Gocator智能传感器系列产品，通过投射线结构光达到测距、测截面轮廓等目的。

线结构光三维测量系统的标定是获取三维信息的关键步骤，有许多学者都对其进行了研究，但是多数都不是恒聚焦光路，对摄像机的标定采用传统的线性模型与非线性模型，有如学者周富强、张广军[1]，提出了一种新的基于自由移动平面参照物的表面视觉传感器全部参数的高精度简易标定方法；学者陈新禹等[2]提出的提出了一种基于单一圆形标靶标定线结构光视觉传感器的方法，他们的系统都是基于摄像机和透镜平行放置来建立的。

本文以线结构光三维测量系统为支撑，为达到高精度测量，设计了满足恒聚焦光路条件的硬件系统，由于光路条件的改变，原有的摄像机标定的线性模型以及非线性模型不足以描述本系统摄像机模型，因此本文深入研究了恒聚焦光路的数学模型，并建立了基于倾斜镜头的摄像机标定模型。

结构光测量系统的标定方法综述刘顺涛;骆华芬;陈雪梅;徐静【摘要】结构光测量技术具有无接触、测量速度快、测量精度较高且成本较低等优点而被广泛应用到各个领域.结构光测量系统的精度取决于系统标定精度.综述了结构光测量系统的现有标定方法,即基于矩阵变换的摄影测量法、基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法.摄影测量法可以进一步分为伪相机法、逆向相机法和光平面法.从误差扩散、对投影仪标定的依赖性、精密辅助标定装置、操作复杂度等方面对上述标定方法进行了对比.指出标定方法的研究趋势是从实验室方法向现场标定技术的转变,要求标定装置简单、标定过程便捷、标定时间快速且精度高.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2015(039)002【总页数】7页(P252-258)【关键词】测量与计量;结构光;标定;误差【作者】刘顺涛;骆华芬;陈雪梅;徐静【作者单位】成都飞机工业(集团)有限责任公司制造工程部,成都610092;清华大学机械工程系,北京100084;成都飞机工业(集团)有限责任公司制造工程部,成都610092;清华大学机械工程系,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TN247Key words:measurement and metrology; structured light; calibration; error E-mail:***************基于结构光的3维测量系统是一种利用特定光源照射目标形成人工特征，由摄像机采集这些特征进行测量的系统。

通过编码可以使光源投射出的图案具有特定结构(投射光被称为结构光)。

基于结构光的3维测量系统主要由投影仪(或光栅机)、摄像机和计算机组成。

测量时，投影仪将一定相位编码的结构光图像投射到被测工件表面，结构光图像会因为被测工件的表面高低不同而发生畸变，摄像机捕获变形的结构光图像，并利用三角测量法求解出工件表面的3维形状和轮廓。

根据投射图像的不同，可以分为点结构光[1]、线结构光[2]、多线条结构光[3]、面结构光[4-5]。

专利名称：线结构光视觉测量标定方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：陈永伟,索凌平,邱河文,邹克峰,何思源,周小维,胥籽任
申请号：CN202011505744.0
申请日：20201218
公开号：CN112747687A
公开日：
20210504
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及了一种线结构光视觉测量标定方法及系统，该线结构光视觉测量标定方法在初始标定时，进行以下步骤：通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置满足第一位置条件；将量块作为标定靶物，并通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件；步骤S30.获取所述摄像头所采集的图像画面，并对所采集的图像画面进行分析，以获取基准像素宽度值/基准像素长度值。

实施本发明的技术方案，标定靶物为量块，特点为精度极高，同时易于获取，在工业场景中容易推广和使用；而且，方法简单，只需移动量块即可。

申请人：中广核核电运营有限公司,中国广核集团有限公司,中国广核电力股份有限公司
地址：518000 广东省深圳市福田区莲花街道福中社区深南中路中广核大厦北楼6层
国籍：CN
代理机构：深圳市瑞方达知识产权事务所(普通合伙)
代理人：高瑞
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基于消影点的机器人视觉测量系统标定方法
李强
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2016(023)007
【摘要】本文提出了基于消影点的机器人视觉测量系统标定方法。

首先，利用激光跟踪仪对机器人连杆扭角进行标定；然后通过靶平面上直线与靶平面的消影线，确定摄像机的姿态；再根据世界坐标系相对机器人基坐标系不变的约束，求解机器人与摄像机的旋转矩阵；最后利用距离约束对手眼关系的位移量以及机器人连杆长度及连杆距离误差进行优化求解。

经过标定，机器人视觉测量系统测量精度提高了10倍。

【总页数】3页(P36-38)
【作者】李强
【作者单位】中环天仪股份有限公司，天津 300110
【正文语种】中文
【中图分类】TH741
【相关文献】
1.一种基于平面消影点的摄像机定标方法 [J], 刘颖;吴美平;胡小平
2.一种基于Mark点的点胶机器人视觉目标定位方法 [J], 彭刚;熊超;夏成林;林斌
3.基于三正交消影点的摄像机标定方法及实验 [J], 陈旭;付胜楠
4.基于正交消影点的摄像机标定方法 [J], 陈旭;付胜楠;崔晓静
5.基于HALCON的机器人视觉系统标定方法研究 [J], 宋岳秦;卢军;孙姝丽
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