用于校正激光测量装置的方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种校正方法及其系统，且特别是有关于一种用于校正激光测量 元件的方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 在计算机图学（computer graphics)的领域中，三维模型重建 (three-dimensional model construction, 3D model construction)广泛地应用于工业设 计、逆向工程、医学图像处理、刑事鉴定、数字文物典藏、文物遗迹考古等技术，其中在针对 物体外观轮廓的几何测量方面通常是采取接触式测量与非接触式测量为主。
[0003] 以接触式测量而言，其精密度较高，常被用于工业工程。然而此方法须进行逐点测 量，除了测量速度缓慢，测量物有遭到破坏损毁的可能，因此较不适用于古文物或遗迹等重 建。以非接触式测量而言，主要是利用额外的能量投射至测量物，通过能量的反射来计算测 量物的三维空间信息。
[0004] 最常见的非接触式测量之一为三角测量（triangulation)，其主要是激光测量装 置发射激光至测量物的表面，再利用摄影机去寻找测量物上的激光点，其三者之间的关系 呈三角状。随着激光测量装置与测量物之间的距离改变，由于激光测量装置与摄影机之间 的距离以及激光测量装置的激光所射出的角度为已知，因此可通过激光线段坐落在摄影机 上的位置来求出测量物与激光测量装置之间的距离。此种方法较为精确，常用于精密模具 业或半导体电子业的电路板检测。此外，现有的技术亦会使用线激光（slit laser)取代单 一激光点，将线激光对测量物进行扫描得以大幅加速整个测量程序。
[0005] 就一般的激光测量装置而言，以图1为例，激光测量装置100包括图像撷取单元 Iio以及激光投光单元120,其中图像撷取单元110是采用电荷稱合元件（charge coupled device, CCD)镜头的照相机，而激光投光单元120为线光源（linear light source)。激光 发射的中心轴向与图像撷取单元110的观看轴向为固定夹角。当测量物A放置在激光投光 单元120与图像撷取单元110前方时，激光线M将投射在测量物A上且可以被图像撷取单 元110所拍摄。
[0006] 然而，由于测量物与激光测量装置之间距离的不同，激光投射在测量物上的线因 而有不同的偏移量，故上述激光测量装置的性能优劣取决于校正的精确度。有鉴于此，提供 一种程序简单、精确度高并且适用于上述激光测量装置的校正方法，已成为亟欲解决的问 题之一。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种激光测量装置的校正方法与校正装置，其具有程序简单以及低成 本的优势，还可使测量结果保有极佳的精确度。
[0008] 本发明提出一种激光测量装置的校正方法，适于校正具有激光投光单元以及图像 撷取单元的激光测量装置，包括下列步骤。首先，提供包括至少一狭缝以及多个特征点的 校正板。调整校正板与激光投光单元的相对位置，使激光投光单元所投射的激光得以通过 所述狭缝。接着，利用图像撷取单元拍摄校正板，以产生校正板图像，并且将校正板图像进 行处理，以取得分别对应于校正板图像中各所述特征点于相机坐标系的相机坐标。之后，根 据各所述特征点的相机坐标以及各所述特征点于真实坐标系的真实坐标，计算多个校正参 数，据以取得激光测量装置所产生测量物图像中的测量物于真实坐标系的真实坐标。
[0009] 在本发明的一实施例中，上述将校正板图像进行处理，以取得分别对应于校正板 图像中各所述特征点于相机坐标系的相机坐标的步骤包括：根据图像撷取单元的多个变形 参数，针对校正板图像进行反扭曲运算，以产生反扭曲校正板图像，并且检测反扭曲校正板 图像中的所述特征点，以取得各所述特征点的相机坐标；或是检测校正板图像中各所述特 征点，并且根据图像撷取单元的所述变形参数，针对所述特征点进行反扭曲运算，以取得各 所述特征点的相机坐标。
[0010] 在本发明的一实施例中，上述根据各所述特征点的相机坐标以及各所述特征点于 真实坐标系的真实坐标，计算所述校正参数，据以取得激光测量装置所产生测量物图像中 的测量物于真实坐标系的真实坐标的步骤包括：针对各所述特征点的相机坐标以及各所述 特征点的真实坐标，进行回归运算，以产生所述校正参数，其中所述校正参数组成一回归矩 阵；根据所述变形参数，将测量物图像进行反扭曲运算，以产生反扭曲测量物图像；以及根 据回归矩阵，将反扭曲测量物图像中测量点的相机坐标进行仿射运算，以取得测量点的真 实坐标。
[0011] 在本发明的一实施例中，上述将校正板图像进行处理，以取得分别对应于各所述 特征点于相机坐标系的相机坐标的步骤后，激光测量装置的校正方法还包括下列步骤。划 分校正板图像为多个校正区域，并且取得各所述特征点所对应的校正区域。
[0012] 在本发明的一实施例中，上述根据各所述特征点的相机坐标以及各所述特征点于 真实坐标系的真实坐标，计算所述校正参数，据以取得激光测量装置所产生测量物图像中 的测量物于真实坐标系的真实坐标的步骤包括：针对各所述校正区域内的特征点的相机坐 标以及各所述校正区域内的特征点的真实坐标，分别进行回归运算，以产生各所述校正区 域所对应的校正参数，其中各所述校正区域所对应的校正参数分别组成的一回归子矩阵； 根据所述变形参数，将测量物图像进行反扭曲运算，以产生反扭曲测量物图像；根据反扭曲 测量物图像中测量点的相机坐标，取得测量回归子矩阵，其中测量回归子矩阵为测量物图 像中测量点所对应的回归子矩阵；以及根据测量回归子矩阵，将测量物图像中测量点的相 机坐标进行仿射运算，以取得测量点的真实坐标。
[0013] 本发明还提出一种激光测量装置的校正系统，适于校正包括激光投光单元以及图 像撷取单元的激光测量装置。激光测量装置的校正系统包括校正板以及图像处理装置，其 中图像处理装置耦接激光测量装置。校正板包括至少一狭缝以及多个特征点，其中激光投 光单元所投射的激光可通过所述狭缝。当图像撷取单元拍摄校正板以产生校正板图像时， 图像处理装置将校正板图像进行处理，以取得分别对应于校正板图像中各所述特征点于相 机坐标系的相机坐标，以及根据各所述特征点的相机坐标以及各所述特征点于真实坐标系 的真实坐标，计算多个校正参数，据以取得激光测量装置所产生测量物图像中的测量物于 真实坐标系的真实坐标。
[0014] 在本发明的一实施例中，上述的图像处理装置根据图像撷取单元的多个变形参 数，针对校正板图像进行反扭曲运算，以产生反扭曲校正板图像，并且检测反扭曲校正板图 像中的所述特征点，以取得各所述特征点的相机坐标；或者图像处理装置检测校正板图像 中各所述特征点，并且根据图像撷取单元的所述变形参数，针对所述特征点进行反扭曲运 算，以取得各所述特征点的相机坐标。
[0015] 在本发明的一实施例中，上述的图像处理装置针对各所述特征点的相机坐标以及 各所述特征点的真实坐标，进行回归运算，以产生所述校正参数，其中所述校正参数组成一 回归矩阵。图像处理装置又根据所述变形参数，将测量物图像进行反扭曲运算，以产生反扭 曲测量物图像。图像处理装置再根据回归矩阵，将测量物图像中测量点的相机坐标进行仿 射运算，以取得测量点的真实坐标。
[0016] 在本发明的一实施例中，上述的图像处理装置划分校正板图像为多个校正区域， 以及取得各所述特征点所对应的各所述校正区域。
[0017] 在本发明的一实施例中，上述的图像处理装置针对各所述校正区域内的特征点的 相机坐标以及各所述校正区域内的特征点的真实坐标，分别进行回归运算，以产生各所述