全视角线激光扫描三维成像标定装置及方法
【专利摘要】本发明公开了全视角线激光扫描三维成像标定装置及方法。本发明全视角激光扫描三维成像标定装置包括一维移动部件、标定块、激光发射器及相机，标定块安装于所述的一维移动部件，标定块是一个至少具有三个面的多面体，标定块的数个面沿周向相围，标定块的各个面上各固定一标定板，数标定板沿周向相围；激光发射器及相机的数量与标定板的数量相对应，数个激光发射器沿环形方向正对所述的标定块而布设；每个相机上各安装一镜头，镜头对标定板成像。本发明全视角线激光扫描三维成像标定装置结构简单，便于操作和处理，能适用于多种大小视场的标定，且弥补了单个系统成像不全面的缺点。
【专利说明】
全视角线激光扫描三维成像标定装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于三维激光测量技术领域，具体涉及一种全视角线激光扫描三维成像标 定装置与方法。
【背景技术】
[0002] 线激光三角扫描三维成像的方法是一种非接触式光学主动三维测量方法，其利用 三角法数学原理，通过计算和分析具有深度信息的光学图像，获取测量点的三维坐标，并且 通过数据处理输出所需的测量结果。具体来说，使用激光器作为主动光源，激光器发出的线 激光投射到待扫描物体的表面，其反射像通过成像物镜在工业相机上成像，成像位置会由 于光斑在物体表面投射点高度的不同而发生位移，且像点位置与物体表面在该投射点的高 度信息具有唯一的几何对应关系。通过对一系列采样激光线的测量和计算，就可以得到物 体位移信息或表面轮廓深度变化。
[0003] 但现有的线激光扫描三维成像装置只针对待扫描物体的一个角度做三维扫描，同 时用于待扫描物体表面的形态变化使测量的表面产生一定的数据缺失，应用范围相对较 小，且无法全面的获得待扫描物体全面信息。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种全视角线激光扫描三维成像 标定装置及方法。
[0005] 本发明通过研究新的标定方式，搭建实验装置，使多台相机同时对待扫描物体进 行多角度的表面数据采集，计算表面轮廓的三维数据，并且通过新的标定技术，将多个相机 分别得到的点云数据进行匹配重合，以此来增加被测表面的三维数据扫描信息点，从而实 现对待扫描物体的全角度全方位扫描。
[0006] 本发明既能适应小型物体的表面轮廓特征，也能对大尺寸物体的外貌形体进行测 量，测量系统结构简单、维护方便、灵活性大，同时测量精度较高，可以适用于多样化的工作 场景和需求。
[0007] 为达到上述目的，本发明采取如下技术方案:全视角线激光扫描三维成像标定装 置，包括一维移动部件、标定块、激光发射器及相机，所述的标定块安装于所述的一维移动 部件，所述的标定块是一个至少具有三个面的多面体，标定块的数个面沿周向相围，标定块 的各个面上各固定一标定板，数标定板沿周向相围；激光发射器及相机的数量与标定板的 数量相对应，数个激光发射器沿环形方向正对所述的标定块而布设;每个相机上各安装一 镜头，镜头对标定板成像。
[0008] 优选的，标定块是一正方体，所述的标定板有四块，四块标定板沿标定块四个依次 相邻的面布设;与此相对应的，激光发射器、相机以及镜头各设四个。
[0009] 优选的，标定块是二菱柱，所述的标定板有二块，二块标定板沿标定块二个依次相 邻的面布设;与此相对应的，激光发射器、相机以及镜头各设三个。
[0010] 优选的，标定板选用标准圆点标定板。
[0011] 本发明全视角线激光扫描三维成像标定方法，其按如下步骤进行：
[0012] 步骤1-1，搭建如权利要求1-4任一项所述全视角线激光扫描三维成像标定装置；
[0013] 步骤1-2,保持标定块(8)位置不变，使数个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)同时采集一张 对应的标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的图像，计算各个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)坐标和姿态 数据，标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)所对应的坐标系作为对应相机(2-1、2-2、2-3、2-4)的标准 世界坐标系；
[0014] 步骤1-3,移动标定块(8)，使各个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)多次采集与其对应的标 定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的坐姿和姿势数据，根据每个位置的标定数据通过预定得方法得 出每个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)在世界坐标系下的位置；
[0015]步骤1-4,一维移动部件(4)带动标定块(8)移动，在运动方向上分别取两幅图像， 分别识别两幅图像中各个标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)同一位置，求得一维运动装置(4)的运 动方向和距离；
[0016] 步骤卜5,打开各个激光发射器(1-1、 1-2、1-3、1-4)，采用相机(2-1、2-2、2-3、2-4) 采集激光发射器（1-1、1_2、1-3、1-4)光平面内几条不重合的直线所成的像，求线激光平面 方程，确定线激光光平面相对于相机(2-1、2-2、2-3、2-4)坐标系和世界坐标系的位置关系；
[0017] 步骤1-6,移走标定块，于一维移动部件4的同一位置上安装待测物体5;调整待扫 描物体(5)位置，使激光线投射在待扫描物体(5)上，使用一维移动部件(4)带动待扫描物体 (5)垂直于各个激光发射器（1-1、1-2、1-3、1-4)所组成的平面运动，使用相机(2-1、2-2、2_ 3、2-4)同时对待扫描物体(5)采集图像，将采集的图像传输回计算机，对图像进行处理，得 到扫描物体(5)不同面的坐标数据；
[0018] 步骤卜7，线激光扫描二维成像所得的像的坐标数据是在标定板(7_1、7_2、7_3、7- 4)下的标准坐标系，而多个标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的相对位置已知，通过标定板(7-1、 7-2、7-3、7-4)对应的标准坐标系之间的相互转化使多个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)所成的不 同面的像拼接在一起，完成全视角线激光扫描三维成像。
[0019] 优选的，标定板有四块。
[0020] 优选的，步骤1-2,设其中一个面的标定板(7-1)为标准世界坐标系(XW1，YW1，Z W1)， 与之相邻的其中一个面上的标定板(7-2)的坐标系为临时坐标系仏2上2々 2)，以此类推， 第三标定板(7-3)的坐标系为临时坐标系仏3丄3^ 3)，第四标定板(7-4)的坐标系为临时 丰不 ( Xw4 , Yw4 , Zw4 ) 〇
[0021] 优选的，步骤1-7,将多个相机所成的不同面的像拼接在一起，具体步骤如下：
[0022] -维运动装置(4)带动待扫描物体(5)移动时，相机(2-1、2-2、2-3、2-4)每当待扫 描物体(5)移动一定距离时采集一张待扫描物体(5)表面激光线的图像，计算高度信息并根 据移动的方向和距离将采集到的多条激光线进行拼接，得到待扫描物体(5)表面的三维数 据；
[0023] 通过四个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)分别得到四组三维数据，其坐标根据步骤1-2中 标准坐标系和临时坐标系确定;假设其中两个面在其对应的标准世界坐标系中的点坐标为
，临时世界坐标系中的点坐标爻
[0024] 线激光扫描三维成像所得的像的坐标是在世界坐标系下，两个标定板(7-1、7_2、 7-3、7-4)的相对位置已知，即通过两个世界坐标系之间的相互转化使两个相机(2-1、2-2、 2-3、2-4)所成的待扫描物体(5)的不同面的像重合；
[0025] 因这些标定板对应的世界坐标系转化关系一定，各个标定板所对应的世界坐标系 之间的转换关系用正交旋转矩阵R与平移向量T来表示;规定其中一标定板(7-1)为标准世 界坐标系(Xwi，Ywi，Zwi )，与之相邻的标定板(7-2 )坐标系为临时坐标系(Xw2，Yw2，Zw2 )，那么 两个坐标之间的变换关系表示如下：
[0027] 其中，R为3 X 3的正交旋转矩阵;T为三维平移向量，0 = (0,0,0); M为4 X 4外参数矩 阵，表不了标准世界坐标系和临时世界坐标系之间的变换关系：
[0028] 两标定板中，彳I
取正方体边长为d J
将临时世界坐标 系中的点坐标?
转化为标准世界坐标系中的点，公式为
[0029]
[0030]两个坐标在同一坐标系中显示，则待扫描物体(5)两个不同的面便能拼接在一起。 [0031]优选的，步骤1-4,一维移动部件(4)带动标定块(8)移动时，每运动一定脉冲时，相 机(2-l、2-2、2-3、2-4)对应采集一个标定板(7-l、7-2、7-3、7-4)的图像，对标定板(7-l、7- 2、7-3、7-4)进行识别分析，得出待扫描物体(5)每次移动的距离，从而将多组激光线的图像 相同的移动距离即可得出待扫描物体(5)表面的三维数据。
[0032]本发明全视角线激光扫描三维成像标定装置与方法，通过将多张标定板固定在一 个已知几何尺寸多面体的表面构成一标定块，使用标定块同时对多个相机进行标定，相机 分别采集待扫描物体不同面的三维信息，然后根据坐标转换，将待测物体不同面的信息拼 接在一起，得到物体表面的完整信息，从而解决单个线激光扫描装置无法得到物体表面完 整信息的缺点。
[0033]本发明全视角线激光扫描三维成像的方法包括两大步骤:一是通过标定块对相机 进行标定，二是对待扫描物体进行扫描成像并将不同面的信息拼接组合在一起。
[0034]本发明全视角线激光扫描三维成像标定装置结构简单，便于操作和处理，能适用 于多种大小视场的标定，且弥补了单个系统成像不全面的缺点。
【附图说明】
[0035]图1为一种优选实施例全视角线激光三角法扫描三维成像标定方法与扫描成像的 流程示意图。
[0036]图2为一种优选实施例全视角线激光三角法扫描三维成像装置扫描待测物体状态 下的结构示意图。
[0037]图3为一种优选实施例全视角线激光三角法扫描三维成像标定装置使用状态下的 结构示意图。
[0038]图4为一种优选的标定板(7-1、7-2、7-3、7_4)的结构示意图。
[0039]图5为将标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)固定在一个正方体四个不同平面构成一标定 块⑶。
[0040] 图6为标准世界坐标系和临时世界坐标系的位置示意图。
【具体实施方式】
[0041] 以下结合附图对本发明优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施 例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0042] 如图2所示，本实施例全视角线激光扫描三维成像标定装置包括：四个激光发射器 (1-1、1-2、1-3、1-4)、四个工业相机(2-1、2-2、2-3、2-4)、四个镜头(3-1、3-2、3-3、3-4)、一 维移动部件(4)，每个工业相机上安装一个镜头，镜头侧向安装，对标定板成像。一维移动部 件4上安装待扫描物体5。
[0043] 四个激光发射器沿环形布置于待扫描物体(5)的周围，四个激光发射器1-1、1-2、 1-3、1-4围成一圆周面，一维运动装置(4)能带动待扫描物体(5)垂直于激光器(1-1、1-2、1_ 3、1_4)所组成的平面运动。
[0044] 各自带有镜头的四个工业相机对准待扫描物体5,每一激光发射器向待扫描物体5 投射激光后，通过其中的一个工业相机及镜头采集所成的像，从而由一个激光器、一个工业 相机及一个镜头构成一个单一线激光扫描三维成像组合件。
[0045] 本实施例全视角线激光扫描三维成像标定装置包括还包括四张标定板(7-1、7_2、 7-3、7-4)，标定板为标准圆点标定板，如图4所示，其具有如下特点：
[0046] 1).将标定板上每个圆点的圆心作为标定特征点，规定世界坐标系的原点位于正 中间的圆心处，如图6所示，Z轴垂直于标定板平面。
[0047] 2).标定板左上角的黑色方向标记确定了标定板的坐标系方向。
[0048]四张标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)固定于一正方体块的四个依次相邻的面（四个相 邻面沿圆周方向围合而成），从而构成一个标定块(8)。
[0049] 通过标定块对相机进行标定时，参见图3,标定块8安装于图2中待扫描物体5的位 置。
[0050] 当标定完成后，将标定块8移除，并在同一位置上安装待扫描物体5。一维运动装置 (4)带动待扫描物体(5)垂直于四个激光器（1-1、1-2、1-3、1-4)所围成的平面运动，利用工 业相机(2-1、2-2、2-3、2-4)及镜头(3-1、3 -2、3-3、3-4)对其进彳丁成像。
[0051 ]本实施例以四个的组合为例进行说明，例如，三个、五个或者更多个的组合也落入 本发明的保护范围之内，其中，类似于制作标定块(8)的正方体也可以采用已知的几何尺 寸的其它多面体。
[0052]为实现全视角线激光扫描三维成像，标定为关键步骤。标定块(8)对后期坐标转化 起到重要作用。
[0053]图1为本实施例提供的全视角线激光三角法扫描三维成像标定方法与扫描成像的 流程示意图。参见图1，本实施例全视角线激光扫描三维成像标定方法包括以下步骤：
[0054] 步骤1-1，搭建实验装置，使用四个单个线激光扫描三维成像组合分别对准标定块 上的四张标定板。具体如下：
[0055] 采用前述的结构设计，即一个激光器、一个工业相机及一个镜头构成一个单一线 激光扫描三维成像组合件，将四个单一线激光扫描三维成像组合件(沿圆周方向）环形布设 于待扫描物体(5)周围，每个组合件分别对应标定块(8)上的一张标定板(7-1、7-2、7-3、7-4) 〇
[0056] -维运动装置(4)上安装标定块8,其能带动标定块8运动，其运动方向平行于多个 标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)平面或者垂直于四个激光器(1-1、1-2、1-3、1-4)所围成的平面。
[0057] 其中，标定板一般为标准圆点标定板，如图4所示。这种标定板具有如下特点：
[0058] 1).将标定板上每个圆点的圆心作为标定特征点，规定世界坐标系的原点位于正 中间的圆心处，如图6所示，Z轴垂直于标定板平面。
[0059] 2).标定板左上角的黑色方向标记确定了标定板的坐标系方向。
[0060] 步骤1-2,保持标定块位置不变，使四个相机同时采集一张对应的标定板的图像， 计算相机坐标和姿态数据。具体如下：
[0061 ]保持标定块(8)位置不变，使四个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)同时采集一张对应的 标定板(7_1、7_2、7-3、7_4)的图像，计算相机(2-1、2_2、2-3、2-4)坐标和姿态数据，标定板 (7-1、7-2、7-3、7-4)所对应的坐标系作为对应相机(2-1、2-2、2-3、2-4)的标准世界坐标系。 采集时，必须保证保持标定块(8)位置不变，同时不能采集到另一面的标定板(7-1、7-2、7_ 3、7-4)图像。
[0062]固定其中一个面的标定板(7-1)为标准世界坐标系(Xwi，Ywi ,Zwi )，与之相邻的一个 面上的标定板(7-2)的坐标系为临时坐标系(Xw2，Yw2，Zw2)，标定板(7-3)的坐标系为临时坐 标系(Xw3，Yw3，Zw3)，与之相邻的一个面上的标定板(7-4)的坐标系为临时坐标系(Xw4，Yw4, Zw4)，如图5、6所示。
[0063] 步骤1-3,手工移动标定块，使标定块置于相机视场里的不同位置，每次移动标定 块时都使相机多次采集其对应的标定板的坐姿和姿势数据，减小误差。多次重复步骤1-3， 一般采集20次左右效果最佳，具体如下：
[0064] 手工移动标定块(8)，使标定块置于相机视场里的不同位置，每次移动标定块时都 使相机(2-1、2-2、2-3、2-4)多次采集其对应的标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的坐姿和姿势数 据，根据每个位置的标定数据通过预定得方法得出每个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)在世界坐 标系下的位置，多次采集的目的为减小误差。
[0065] 步骤1-4,使一维移动部件带动标定块移动，在运动方向上分别取两幅图像，求得 一维运动装置的运动方向和距离。具体如下：
[0066] 使一维移动部件(4)带动标定块(8)移动，在运动方向上分别取两幅图像，分别识 别两幅图像中标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)同一位置，求得一维运动装置(4)的运动方向和距 离。
[0067] -维移动部件(4)带动标定块(8)移动时，每运动一定脉冲时，相机(2-1、2-2、2-3、 2-4)对应采集一个标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的图像，对标定板（7-1、7-2、7-3、7-4)进行 识别分析，可以得出待扫描物体(5)每次移动的距离，从而将多组激光线的图像相同的移动 距离即可得出待扫描物体(5)表面的三维数据。
[0068] 步骤1-5,打开激光发射器，用相机采集激光发射器光平面内几条不重合的光线所 成的像，求线激光平面方程，确定线激光光平面相对于相机坐标系和世界坐标系的位置关 系。具体如下：
[0069] 打开激光发射器（1-1、1-2、1-3、1-4)，用相机(2-1、2-2、2-3、2-4)采集激光发射器 (1-1、1-2、1-3、1-4)光平面内几条不重合的直线所成的像，求线激光平面方程，从而就可以 确定线激光光平面相对于相机(2-1、2-2、2-3、2-4)坐标系和世界坐标系的位置关系。
[0070] 通过一个平面中不同的两条直线，既可以确定平面的方程，从而得出，平面方程关 于世界坐标系（Xwi，Y wi，Zwi)和相机（2-1、2-2、2-3、2-4)坐标系的位置，从而通过激光三角 法，得出激光线对该位置下待测物体(5)的表面三维数据。
[0071] 标定完成后，对待测物体(5)进行全视角线激光扫描三维成像步骤如下。
[0072] 步骤1-6, 一维移动部件带动待扫描物体垂直于激光器所组成的平面运动，使用相 机同时对待扫描物体采集图像，得到扫描物体不同面的坐标数据。具体如下：
[0073] 移走标定块，于一维移动部件4上安装待测物体5。调整待扫描物体(5)位置，使激 光线投射在待扫描物体(5)上，使用一维移动部件(4)带动待扫描物体(5)垂直于激光器(1_ 1、 1-2、1-3、1-4)所组成的平面运动，使用相机(2-1、2-2、2-3、2-4)同时对待扫描物体(5)采 集图像，将采集的图像传输回计算机，对图像进行处理，得到扫描物体(5)不同面的坐标数 据。
[0074]步骤1-7,通过标定板对应的标准坐标系之间的相互转化使多个相机所成的不同 面的像拼接在一起，完成全视角线激光扫描三维成像。具体如下：
[0075] 线激光扫描二维成像所得的像的坐标数据是在标定板(7_1、7_2、7_3、7_4)下的标 准坐标系，而多个标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的相对位置已知，即可通过标定板(7-1、7-2、 7-3、7-4)对应的标准坐标系之间的相互转化使多个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)所成的不同面 的像拼接在一起，完成全视角线激光扫描三维成像。
[0076] 将多个不同面的像拼接在一起是本发明的重要内容，【具体实施方式】如下：
[0077] -维运动装置(4)带动待扫描物体(5)移动时，相机(2-1、2-2、2-3、2_4)每当待扫 描物体(5)移动一定距离时采集一张待扫描物体(5)表面激光线的图像，计算高度信息并根 据移动的方向和距离将采集到的多条激光线进行拼接，得到待扫描物体(5)表面的三维数 据。
[0078]通过四个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)分别得到四组三维数据，其坐标是根据步骤1-2 中标准坐标系和临时坐标系确定的。假设其中两个面在其对应的标准世界坐标系中的点坐 标爻
，临时世界坐标系中的点坐标为
[0079」线激光扫描三维成像所得的像的坐标是在世界坐标系下，两个标定板(7-1、7-2、 7-3、7-4)的相对位置已知，即可通过两个世界坐标系之间的相互转化使两个相机(2-1、2_ 2、 2-3、2-4)所成的待扫描物体(5)的不同面的像重合。
[0080] 因这些标定板对应的世界坐标系转化关系一定，各个标定板所对应的世界坐标系 之间的转换关系可以用正交旋转矩阵R与平移向量T来表示。规定其中标定板(7-1)为标准 世界坐标系(Xwi，Ywi，Zwi )，与之相邻的标定板(7-2 )坐标系为临时坐标系(Xw2，Yw2，Zw2 )，那么 两个坐标之间的变换关系可以表示成如下：
[0081]
[0082]其中，R为3 X 3的正交旋转矩阵;T为三维平移向量，0 = (0,0,0); M为4 X 4外参数矩 阵，表示了标准世界坐标系和临时世界祕标丨初的亦换关系。
[0083] 在图4中，按图5中两标定板，彳』 [正方体边长为d，则 ，将 临时世界坐标系中的点坐标为
時化为标准世界坐标系中的点，公式为
[0084]
[0085]两个坐标在同一坐标系中显示，则待扫描物体（5)两个不同的面便可以拼接在一 起，大大简化了现行方法对物体两物体的边缘进行识别，然后通过现有软件进行图像的计 算。
[0086] 其标定特点为，在标定过程中，首先将四张标定板(7_1、7_2、7_3、7_4)分别固定在 一正方体的的四个表面上形成一标定块(8)。一个激光器和一个工业相机及一个镜头构成 一个单一线激光扫描三维成像组合件，将多个单一线激光扫描三维成像组合件环形放置在 待扫描物体(5)周围，每个组合件分别对应标定块(8)上的一张标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)。
[0087] 确定两世界坐标系时，使四个相机(2-1、2-2、2-3、2_4)同时分别采集一张对应的 标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的图像，计算坐标和姿态数据，使四个个标定板(7-1、7-2、7-3、 7-4)所对应的坐标系作为四个个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)的标准世界坐标系。采集时，保 持标定块(8)位置姿态不变，同时不能采集到另一面的标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)图像。 [0088]由上述具体实施方案可以看出，本发明全视角线激光三角法扫描三维成像标定简 单，操作方便，且极大简化了后期的图像拼接工作。本发明所设计的装置结构简单、成本低、 维护方便、灵活性大、测量范围灵活，既能适应小型物体的表面轮廓特征，也可对大尺寸物 体的外貌形体进行测量，可以适用于多样化的工作场景和需求。
[0089]以上所述，仅为本发明的优选的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于 次，任何熟悉本技术领域的技术人员在进行本发明实例揭露的技术范围内，可以轻易想到 的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围是该以权利要 求的保护范围为准。
【主权项】
1. 全视角线激光扫描三维成像标定装置，其特征是包括一维移动部件、标定块、激光发 射器及相机，所述的标定块安装于所述的一维移动部件，所述的标定块是一个至少具有三 个面的多面体，标定块的数个面沿周向相围，标定块的各个面上各固定一标定板，数标定板 沿周向相围；激光发射器及相机的数量与标定板的数量相对应，数个激光发射器沿环形方 向正对所述的标定块而布设;每个相机上各安装一镜头，镜头对标定板成像。2. 如权利要求1所述的全视角线激光扫描三维成像标定装置，其特征是:所述的标定块 是一正方体，所述的标定板有四块，四块标定板沿标定块四个依次相邻的面布设;与此相对 应的，激光发射器、相机以及镜头各设四个。3. 如权利要求1所述的全视角线激光扫描三维成像标定装置，其特征是:所述的标定块 是三菱柱，所述的标定板有三块，三块标定板沿标定块三个依次相邻的面布设;与此相对应 的，激光发射器、相机以及镜头各设三个。4. 如权利要求1-3任一项所述的全视角线激光扫描三维成像标定装置，其特征是:所述 的标定板选用标准圆点标定板。5. 全视角线激光扫描三维成像标定方法，其按如下步骤进行： 步骤1-1，搭建如权利要求1-4任一项所述全视角线激光扫描三维成像标定装置； 步骤1-2,保持标定块(8)位置不变，使数个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)同时采集一张对应 的标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的图像，计算各个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)坐标和姿态数据， 标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)所对应的坐标系作为对应相机(2-1、2-2、2-3、2-4)的标准世界 坐标系； 步骤1-3,移动标定块(8)，使各个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)多次采集与其对应的标定板 (7-1、7-2、7-3、7-4)的坐姿和姿势数据，根据每个位置的标定数据通过预定得方法得出每 个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)在世界坐标系下的位置； 步骤1-4,一维移动部件(4)带动标定块(8)移动，在运动方向上分别取两幅图像，分别 识别两幅图像中各个标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)同一位置，求得一维运动装置(4)的运动方 向和距离； 步骤1_5,打开各个激光发射器(1-1、1-2、1-3、1-4)，米用相机(2-1、2-2、2-3、2-4)米集 激光发射器(1-1、1-2、1-3、1-4)光平面内几条不重合的直线所成的像，求线激光平面方程， 确定线激光光平面相对于相机(2-1、2-2、2-3、2-4)坐标系和世界坐标系的位置关系； 步骤1-6，移走标定块，于一维移动部件4的同一位置上安装待测物体5;调整待扫描物 体(5)位置，使激光线投射在待扫描物体(5)上，使用一维移动部件(4)带动待扫描物体(5) 垂直于各个激光发射器（1-1、1_2、1-3、1-4)所组成的平面运动，使用相机(2-1、2-2、2-3、2-4)同时对待扫描物体(5)采集图像，将采集的图像传输回计算机，对图像进行处理，得到扫 描物体(5)不同面的坐标数据； 步骤1_7，线激光扫描二维成像所得的像的坐标数据是在标定板(7_1、7_2、7_3、7_4)下 的标准坐标系，而多个标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的相对位置已知，通过标定板(7-1、7-2、 7-3、7-4)对应的标准坐标系之间的相互转化使多个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)所成的不同面 的像拼接在一起，完成全视角线激光扫描三维成像。6. 如权利要求5所述的全视角线激光扫描三维成像标定方法，其特征是:所述的标定板 有四块。7. 如权利要求6所述的全视角线激光扫描三维成像标定方法，其特征是:步骤1-2，设其 中一个面的标定板(7-1)为标准世界坐标系(乂》1，￥?1，2?1)，与之相邻的其中一个面上的标定 板(7-2)的坐标系为临时坐标系(X w2，Yw2，Zw2)，以此类推，第三标定板(7-3)的坐标系为临时 坐标系(Xw3，Yw3，Z w3)，第四标定板(7-4)的坐标系为临时坐标系(XW4，Yw4，ZW4 )。8. 如权利要求7所述的全视角线激光扫描三维成像标定方法，其特征是:步骤1-7,将多 个相机所成的不同面的像拼接在一起，具体步骤如下： 一维运动装置(4)带动待扫描物体(5)移动时，相机(2-1、2-2、2-3、2-4)每当待扫描物 体(5)移动一定距离时采集一张待扫描物体(5)表面激光线的图像，计算高度信息并根据移 动的方向和距离将采集到的多条激光线进行拼接，得到待扫描物体(5)表面的三维数据； 通过四个相机(2-1、2-2、2-3、2-4)分别得到四组三维数据，其坐标根据步骤1-2中标准 坐标系和临时坐标系确定；假设其中两个面在其对应的标准世界坐标系中的点坐标为，临时世界坐标系中的点坐标为线激光扫描二维成像所得的像的坐标是在世界坐标系下，两个标定板(7_1、7_2、7_3、 7-4)的相对位置已知，即通过两个世界坐标系之间的相互转化使两个相机(2-1、2-2、2-3、 2-4)所成的待扫描物体(5)的不同面的像重合； 因这些标定板对应的世界坐标系转化关系一定，各个标定板所对应的世界坐标系之间 的转换关系用正交旋转矩阵R与平移向量T来表示;规定其中一标定板(7-1)为标准世界坐 标系(Xwi，Ywi，Zwi)，与之相邻的标定板(7-2)坐标系为临时坐标系(Xw2，Yw2，Zw2)，那么两个坐 标之间的变换关系表示如下：其中，R为3 X 3的正交旋转矩阵;T为三维平移向量，0 = (0，0，0);Μ为4 X 4外参数矩阵， 表不了标准世界坐标系和临时世界坐标系之间的变换关系； 两标定板中，取正方体边长为d，将临时世界坐标系中 的点坐标为1转化为标准世界坐标系中的点，公式为两个坐标在同一坐标系中显示，则待扫描物体(5)两个不同的面便能拼接在一起。9. 如权利要求5所述的全视角线激光扫描三维成像标定方法，其特征是:步骤1-4，一维 移动部件(4)带动标定块(8)移动时，每运动一定脉冲时，相机(2-1、2-2、2-3、2-4)对应采集 一个标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)的图像，对标定板(7-1、7-2、7-3、7-4)进行识别分析，得出 待扫描物体(5)每次移动的距离，从而将多组激光线的图像相同的移动距离即可得出待扫 描物体(5)表面的三维数据。
【文档编号】G06T7/00GK106056587SQ201610351274
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】金星, 陈庆光, 周浩
【申请人】杭州电子科技大学