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专利号: 2016103512744
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-07-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.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,搭建全视角线激光扫描三维成像标定装置;所述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;

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),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;

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,线激光扫描三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。

2.如权利要求1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。

3.如权利要求2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(XW1,YW1,ZW1),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(Xw2,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,Zw3),第四标定板(7‐4)的坐标系为临时坐标系(Xw4,Yw4,Zw4)。

4.如权利要求3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(XAi,YAi,ZAi),临时世界坐标系中的点坐标为(XBi,YBi,ZBi);

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;

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(XW1,YW1,ZW1),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3×3的正交旋转矩阵;T为三维平移向量,0=(0,0,0);M为4×4外参数矩阵,表示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,得 取正方体边长为d,则 将临时世界坐标系中的

点坐标为 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。

5.如权利要求1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。

6.如权利要求1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。

7.如权利要求1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。

8.如权利要求1或6或7所述的全视角线激光扫描三维成像标定方法,其特征是:所述的标定板选用标准圆点标定板。