CN113655466B - 一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法 - Google Patents

一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113655466B
CN113655466B CN202110808275.8A CN202110808275A CN113655466B CN 113655466 B CN113655466 B CN 113655466B CN 202110808275 A CN202110808275 A CN 202110808275A CN 113655466 B CN113655466 B CN 113655466B
Authority
CN
China
Prior art keywords
calibration plate
image acquisition
coordinate system
checkerboard calibration
checkerboard
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110808275.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113655466A (zh
Inventor
田中山
杨昌群
杨文�
李苗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Oil and Gas Pipeline Network Corp
Original Assignee
China Oil and Gas Pipeline Network Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Oil and Gas Pipeline Network Corp filed Critical China Oil and Gas Pipeline Network Corp
Priority to CN202110808275.8A priority Critical patent/CN113655466B/zh
Publication of CN113655466A publication Critical patent/CN113655466A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113655466B publication Critical patent/CN113655466B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于结构光三角测量的标定方法，涉及激光测距技术领域，解决现有标定方式成本高的技术问题，方法为：使用棋盘格标定板标定图像采集设备，向棋盘格标定板照射一字线激光，并获取棋盘格标定板的图像，获取所述图像中黑色和白色方块的交叉点，建立棋盘格标定板坐标系，并计算各交叉点的实际坐标，计算图像采集设备坐标系与棋盘格标定板坐标系的相对位置关系，计算得到一字线激光在图像采集设备坐标系的一字线激光平面方程。本发明还公开了一种基于结构光三角测量的标定***。本发明不需要借助外部机械移动平台来标定摄像机激光平面的相对关系，不必限定激光平面与摄像机平行安装，大大降低了标定***的复杂度和标定成本。

Description

一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，更具体地说，它涉及一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法。
背景技术
目前，激光测距在国内外已经得到广泛应用，三角测量法因其精度高被广泛应用于各行各业对精度要求高的场合。现有的标定方法需要借助于外部机构提供参照物的绝对位移，通过绝对位移来计算摄像机和一字线激光的位置关系，且一字线激光平面需要与摄像机单轴平行，不仅需要搭建复杂的控制***，而且对移动平台的控制精度要求较高、成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种成本低的基于结构光三角测量的标定方法。
本发明的目的二是提供一种成本低的基于结构光三角测量的标定***。
为了实现上述目的一，本发明提供一种基于结构光三角测量的标定方法，包括：
步骤一.使用棋盘格标定板标定图像采集设备，得到所述图像采集设备的标定参数矩阵K，
其中fx为x轴方向焦距，fy为y轴方向焦距，cx为图像采集设备光轴在图像坐标系中x方向坐标，cy为图像采集设备光轴在图像坐标系中y方向坐标；
步骤二.向所述棋盘格标定板照射一字线激光，并获取所述棋盘格标定板的图像；
步骤三.获取所述图像中黑色和白色方块的交叉点，得到交叉点的点集p，某点的坐标为p(u,v)；
步骤四.根据所述棋盘格标定板建立棋盘格标定板坐标系，根据所述棋盘格标定板坐标系得到步骤三中各交叉点的实际坐标，点集记作P，第i行第j列点坐标为Pij(X,Y,Z)；
步骤五.根据点p(u,v)与对应的点P(X,Y,Z)使用PnP方法求解图像采集设备坐标系与棋盘格标定板坐标系的相对位置关系(R,t)，PnP的解算公式为：
其中，由rj组成的方阵为旋转矩阵R,ti组成的列向量为平移向量t；
步骤六.从所述图像中的激光线上选择任意两点p1′、p2′，通过(R,t)以及图像采集设备的标定参数计算棋盘格标定板坐标系下的坐标P1′、P2′，计算公式为：
将P1′、P2′转换到图像采集设备坐标系，计算两点对应的实际坐标P1″、P2″，计算公式为：
步骤七.任意改变所述棋盘格标定板的姿态，重复步骤三～步骤六，直到采集到N组点，记录下每一组操作中图像采集设备坐标系的点P1″、P2″，并组成点集P″；
步骤八.根据步骤七得到的点集P″通过最小二乘法计算方程：
Z＝AX+BY+C，
的系数A、B、C，得到一字线激光在图像采集设备坐标系的一字线激光平面方程，根据所述一字线激光平面方程计算所述图像中的激光线上任意点(u,v)在图像采集设备坐标系的坐标(X,Y,Z)，计算公式为：
作为进一步地改进，所述建立棋盘格标定板坐标系具体为：以所述棋盘格标定板的左上角为棋盘格标定板坐标系的原点，以棋盘格标定板的长边方向为x轴，以棋盘格标定板的短边方向为y轴，以棋盘格标定板的法线方向为z轴，根据棋盘格标定板的方块尺寸squareSize计算第i行第j列点Pij(X,Y,Z)的实际坐标X、Y、Z：
进一步地，在所述步骤七中，N≥10。
为了实现上述目的二，本发明提供一种基于结构光三角测量的标定***，包括图像采集设备、一字线激光发射器、棋盘格标定板、计算机处理单元，所述计算机处理单元信号连接所述图像采集设备、一字线激光发射器，所述图像采集设备与一字线激光发射器成三角测量位置关系且位置固定；
所述一字线激光发射器用于照射一字线激光到所述棋盘格标定板；
所述计算机处理单元通过所述图像采集设备获取所述棋盘格标定板的图像，并根据上述的方法计算所述图像中的激光线上选择任意点的坐标。
作为进一步地改进，所述图像采集设备为摄像机或相机或摄像头。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
本发明不需要借助外部机械移动平台来标定摄像机激光平面的相对关系，而且不必限定激光平面与摄像机平行安装，大大降低了标定***的复杂度，同时降低了标定成本。
附图说明
图1为本发明的标定流程图；
图2为本发明***的结构示意图。
其中：1-图像采集设备、2-一字线激光发射器、3-棋盘格标定板、4-计算机处理单元。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1、2，一种基于结构光三角测量的标定方法，包括：
步骤一.使用棋盘格标定板3标定图像采集设备1，得到图像采集设备1的标定参数矩阵K，
其中fx为x轴方向焦距，fy为y轴方向焦距，cx为图像采集设备光轴在图像坐标系中x方向坐标，cy为图像采集设备光轴在图像坐标系中y方向坐标；
步骤二.放置棋盘格标定板3在图像采集设备1的视野内，向棋盘格标定板3照射一字线激光，并获取棋盘格标定板3的图像；
步骤三.在图像上的坐标系获取图像中黑色和白色方块的交叉点，得到交叉点的点集p，某点的坐标为p(u,v)，u、v表示像素；
步骤四.根据棋盘格标定板3建立棋盘格标定板坐标系，根据棋盘格标定板坐标系得到步骤三中各交叉点的实际坐标，点集记作P，第i行第j列点坐标为Pij(X,Y,Z)；
步骤五.点集p与点集P内的点是一一对应的，根据点p(u,v)与对应的点P(X,Y,Z)使用PnP方法求解图像采集设备坐标系与棋盘格标定板坐标系的相对位置关系(R,t)，PnP的解算公式为：
其中，等号左边列向量为交叉点在图像上的坐标，等号右边第一个矩阵为图像采集设备的标定参数矩阵K，等号右边的第二个矩阵为待求解矩阵，由rj组成的方阵为旋转矩阵R,ti组成的列向量为平移向量t，(R,t)描述的是图像采集设备坐标系和棋盘格标定板坐标系的位置关系，最右边的列向量为各个特征点在棋盘格标定板坐标系中的坐标；
步骤六.从图像中的激光线上选择任意两点p1′、p2′，通过(R,t)以及图像采集设备的标定参数计算棋盘格标定板坐标系下的坐标P1′、P2′，计算公式为：
其中，等号左边列向量为棋盘格标定板坐标系下选择的点坐标，R为步骤五中计算的旋转矩阵，t为平移向量，K为步骤一标定的图像采集设备的标定参数矩阵，s为系数，最右边列向量为图像像素坐标，由于P1′、P2′在同一个平面上，Z′为常数0；
将P1′、P2′转换到图像采集设备坐标系，计算两点对应的实际坐标P1″、P2″，计算公式为：
步骤七.任意改变棋盘格标定板3的姿态，尽量不要与上一次平行，重复步骤三～步骤六，直到采集到N组点，N≥10，记录下每一组操作中图像采集设备坐标系的点P1″、P2″，并组成点集P″；
步骤八.根据步骤七得到的点集P″通过最小二乘法计算方程：
Z＝AX+BY+C，
的系数A、B、C，得到一字线激光在图像采集设备坐标系的一字线激光平面方程，根据一字线激光平面方程计算图像中的激光线上任意点(u,v)在图像采集设备坐标系的坐标(X,Y,Z)，计算公式为：
其中，摄像机的标定参数矩阵K由步骤一标定得出。
建立棋盘格标定板坐标系具体为：以棋盘格标定板3的左上角为棋盘格标定板坐标系的原点，以棋盘格标定板3的长边方向为x轴，以棋盘格标定板3的短边方向为y轴，以棋盘格标定板3的法线方向为z轴，根据棋盘格标定板3的方块尺寸squareSize计算第i行第j列点Pij(X,Y,Z)的实际坐标X、Y、Z：
一种基于结构光三角测量的标定***，包括图像采集设备1、一字线激光发射器2、棋盘格标定板3、计算机处理单元4，计算机处理单元4信号连接图像采集设备1、一字线激光发射器2，如计算机处理单元4通过线缆信号连接图像采集设备1、一字线激光发射器2，或者计算机处理单元4通过无线信号连接图像采集设备1、一字线激光发射器2，图像采集设备1与一字线激光发射器2成三角测量位置关系且位置固定；
一字线激光发射器2用于照射一字线激光到棋盘格标定板3；
计算机处理单元4通过图像采集设备1获取棋盘格标定板3的图像，并根据上述的方法计算图像中的激光线上选择任意点的坐标。
图像采集设备1为摄像机或相机或摄像头。
本发明不需要借助外部机械移动平台来标定摄像机激光平面的相对关系，而且不限定激光平面与摄像机平行安装，降低了标定***的复杂度和标定成本，克服了现有标定方案需要复杂控制***、成本高的缺陷。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (6)

1.一种基于结构光三角测量的标定方法，其特征在于，包括：
步骤一.使用棋盘格标定板(3)标定图像采集设备(1)，得到所述图像采集设备(1)的标定参数矩阵K，
其中fx为x轴方向焦距，fy为y轴方向焦距，cx为图像采集设备光轴在图像坐标系中x方向坐标，cy为图像采集设备光轴在图像坐标系中y方向坐标；
步骤二.向所述棋盘格标定板(3)照射一字线激光，并获取所述棋盘格标定板(3)的图像；
步骤三.获取所述图像中黑色和白色方块的交叉点，得到交叉点的点集p，某点的坐标为p(u,v)；
步骤四.根据所述棋盘格标定板(3)建立棋盘格标定板坐标系，根据所述棋盘格标定板坐标系得到步骤三中各交叉点的实际坐标，点集记作P，第i行第j列点坐标为Pij(X,Y,Z)；
步骤五.根据点p(u,v)与对应的点P(X,Y,Z)使用PnP方法求解图像采集设备坐标系与棋盘格标定板坐标系的相对位置关系(R,t)，PnP的解算公式为：
其中，由rj组成的方阵为旋转矩阵R,ti组成的列向量为平移向量t；
步骤六.从所述图像中的激光线上选择任意两点p1′、p2′，通过(R,t)以及图像采集设备的标定参数计算棋盘格标定板坐标系下的坐标P1′、P2′，计算公式为：
将P1′、P2′转换到图像采集设备坐标系，计算两点对应的实际坐标P1″、P2″，计算公式为：
步骤七.任意改变所述棋盘格标定板(3)的姿态，重复步骤三～步骤六，直到采集到N组点，记录下每一组操作中图像采集设备坐标系的点P1″、P2″，并组成点集P″；
步骤八.根据步骤七得到的点集P″通过最小二乘法计算方程：
Z＝AX+BY+C，
的系数A、B、C，得到一字线激光在图像采集设备坐标系的一字线激光平面方程，根据所述一字线激光平面方程计算所述图像中的激光线上任意点(u,v)在图像采集设备坐标系的坐标(X,Y,Z)，计算公式为：
2.根据权利要求1所述的一种基于结构光三角测量的标定方法，其特征在于，所述建立棋盘格标定板坐标系具体为：以所述棋盘格标定板(3)的左上角为棋盘格标定板坐标系的原点，以棋盘格标定板(3)的长边方向为x轴，以棋盘格标定板(3)的短边方向为y轴，以棋盘格标定板(3)的法线方向为z轴，根据棋盘格标定板(3)的方块尺寸squareSize计算第i行第j列点Pij(X,Y,Z)的实际坐标X、Y、Z：
3.根据权利要求1所述的一种基于结构光三角测量的标定方法，其特征在于，在所述步骤七中，N≥10。
4.根据权利要求1所述的一种基于结构光三角测量的标定方法，其特征在于，所述图像采集设备(1)为摄像机或相机或摄像头。
5.一种基于结构光三角测量的标定***，其特征在于，包括图像采集设备(1)、一字线激光发射器(2)、棋盘格标定板(3)、计算机处理单元(4)，所述计算机处理单元(4)信号连接所述图像采集设备(1)、一字线激光发射器(2)，所述图像采集设备(1)与一字线激光发射器(2)成三角测量位置关系且位置固定；
所述一字线激光发射器(2)用于照射一字线激光到所述棋盘格标定板(3)；
所述计算机处理单元(4)通过所述图像采集设备(1)获取所述棋盘格标定板(3)的图像，并根据权利要求1-4任意一项所述的方法计算所述图像中的激光线上选择任意点的坐标。
6.根据权利要求5所述的一种基于结构光三角测量的标定***，其特征在于，所述图像采集设备(1)为摄像机或相机或摄像头。
CN202110808275.8A 2021-07-16 2021-07-16 一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法 Active CN113655466B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110808275.8A CN113655466B (zh) 2021-07-16 2021-07-16 一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110808275.8A CN113655466B (zh) 2021-07-16 2021-07-16 一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113655466A CN113655466A (zh) 2021-11-16
CN113655466B true CN113655466B (zh) 2023-09-29

Family

ID=78489520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110808275.8A Active CN113655466B (zh) 2021-07-16 2021-07-16 一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113655466B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103837869A (zh) * 2014-02-26 2014-06-04 北京工业大学 基于向量关系的单线激光雷达和ccd相机标定方法
CN106056620A (zh) * 2016-06-13 2016-10-26 西南科技大学 用于线激光位置标定的标定板及线激光相机测量***标定方法
CN111272102A (zh) * 2020-05-06 2020-06-12 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种线激光扫描三维测量标定方法
CN111536902A (zh) * 2020-04-22 2020-08-14 西安交通大学 一种基于双棋盘格的振镜扫描***标定方法
CN112161586A (zh) * 2020-11-20 2021-01-01 苏州睿牛机器人技术有限公司 一种基于编码棋盘格的线结构光视觉传感器标定方法
WO2021051296A1 (en) * 2019-09-18 2021-03-25 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Systems and methods for calibrating a camera and a multi-line lidar

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103837869A (zh) * 2014-02-26 2014-06-04 北京工业大学 基于向量关系的单线激光雷达和ccd相机标定方法
CN106056620A (zh) * 2016-06-13 2016-10-26 西南科技大学 用于线激光位置标定的标定板及线激光相机测量***标定方法
WO2021051296A1 (en) * 2019-09-18 2021-03-25 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Systems and methods for calibrating a camera and a multi-line lidar
CN111536902A (zh) * 2020-04-22 2020-08-14 西安交通大学 一种基于双棋盘格的振镜扫描***标定方法
CN111272102A (zh) * 2020-05-06 2020-06-12 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种线激光扫描三维测量标定方法
CN112161586A (zh) * 2020-11-20 2021-01-01 苏州睿牛机器人技术有限公司 一种基于编码棋盘格的线结构光视觉传感器标定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于梯形棋盘格的摄像机和激光雷达标定方法;贾子永;任国全;李冬伟;程子阳;;计算机应用(07);全文 *
基于棋盘格的线结构光平面标定方法;李瑞;熊显名;;仪器仪表用户(04);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113655466A (zh) 2021-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110264520B (zh) 车载传感器与车辆位姿关系标定方法、装置、设备和介质
CN109454634B (zh) 一种基于平面图像识别的机器人手眼标定方法
CN112819903B (zh) 基于l型标定板的相机和激光雷达联合标定的方法
CN111311689B (zh) 一种激光雷达与相机相对外参的标定方法及***
KR100869570B1 (ko) 카메라 교정 방법 및 카메라 교정 장치
CN100583151C (zh) 三维扫描***中双摄像机标定方法
CN203084734U (zh) 用于再生虚拟物体的***
CN109859272B (zh) 一种自动对焦双目摄像头标定方法及装置
CN109448054A (zh) 基于视觉融合的目标分步定位方法、应用、装置及***
CN105758426A (zh) 移动机器人的多传感器的联合标定方法
CN104657982A (zh) 一种投影仪标定方法
CN111508027A (zh) 摄像机外参标定的方法和装置
CN113658266B (zh) 一种基于固定相机和单靶标的动轴旋转角视觉测量方法
CN112665523B (zh) 一种复杂型面的联合测量方法
CN113655466B (zh) 一种基于结构光三角测量的标定***和标定方法
CN112507755A (zh) 最小化二维码角点重投影误差的目标物体六自由度定位方法及***
CN109682312B (zh) 一种基于摄像头测量长度的方法及装置
CN113330487A (zh) 参数标定方法及装置
CN115619877A (zh) 单目线激光传感器与二轴机床***的位置关系标定方法
CN115908562A (zh) 一种异面点合作标志器及测量方法
CN113390394B (zh) 一种带有摄影比例尺的光束法平差算法
Wang et al. Distance measurement using single non-metric CCD camera
CN115183981A (zh) 一种基于编码标记的风洞坐标轴系标定方法和标定装置
CN114359365A (zh) 一种具有高分辨率的汇聚式双目视觉测量方法
CN111710002B (zh) 一种基于Optitrack***的相机外参标定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant