线结构光三维测量系统扫描方向的标定

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1、第３９卷第１期中国激光Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１２０１２年１月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＡＳＥＲＳＪａｎｕａｒｙ，２０１２线结构光三维测量系统扫描方向的标定曾祥军霍金城吴庆阳（深圳大学电子科学与技术学院深圳市微纳光子信息技术重点实验室，广东深圳５１８０６０）摘要提出一种基于平面标靶的线结构光三维传感器扫描方向的标定方法。利用平面标靶对摄像头进行标定，得到摄像头的内部参数，将棋盘格平面标靶固定在空间某一位置，测量系统沿着扫描方向移动并采集一系列图像。根据这一系列图像求出摄像机的外部参数，并结合已经求出的摄像机内部参数计算出标靶上同一特征点在摄像机坐标系下

2、的坐标值，对这些点进行直线拟合得到一直线方程，直线的方向就是测量系统的扫描方向。实验表明，该方法测量精度高，操作简单，无需辅助的调整设备，降低了标定设备的成本和系统校准的难度，适合现场标定。关键词测量；三维测量；线结构光；标定中图分类号ＴＰ２１２．１４文献标识码Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＪＬ２０１２３９．０１０８００２ＣａｌｉｂｒａｔｅＭｅｔｈｏｄｆｏｒＳｃａｎｎｉｎｇＤｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ３ＤＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＬｉｎｅａｒ－ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＬｉｇｈｔＺｅｎｇＸｉａｎｇｊｕｎＨｕｏＪｉｎｃｈｅｎｇＷｕＱｉｎｇｙａｎｇ（Ｓｈ

3、ｅｎｚｈｅｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏ－ＮａｎｏＰｈｏｔｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈｅｎｚｈｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１８０６０，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｓｃａｎｎｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｌｉｎｅａｒ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｉｇｈｔｕｓｉｎｇａｐｌａｎｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｏａｒｄｉｓｐｒｏ

4、ｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃａｍｅｒａ′ｓｉｎｎｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｌａｎｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｏａｒｄｆｉｒｓｔ．Ｔｈｅｎｔｈｅｐｌａｎｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｏａｒｄｉｓｐｌａｃｅｄｏｎａｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ３Ｄｓｅｎｓｏｒｍｏｖｅｓａｌｏｎｇｔｈｅｓｃａｎｎｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｌｌｅｃｔｓｐｉｃｔｕｒｅｓａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ．Ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｃａｍｅｒａｆｏｒｅｖｅｒｙｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅ３Ｄｓｅｎｓｏｒａｒｅ

5、ｗｏｒｋｅｄｏｕｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｓｅｐｉｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｈｅｃａｍｅｒａｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓｐｏｉｎｔｓｏｎｅａｃｈｐｉｃｔｕｒｅｃａｎｂｅｗｏｒｋｅｄｏｕｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｎｅｒａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ａｔｌａｓｔ，ｌｉｎｅａｒｅｑｕａｔｉｏｎｉｓａｃｑｕｉｒｅｄｂｙｌｉｎｅａｒｆｉｔｔｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃａｍｅｒａｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓｐｏｉｎｔｓ．Ｔｈｅｓｃａｎｎｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｅｑｕａｌｔｏｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｎｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

6、ａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｈａｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｉｔｉｓｐｒａｃｔｉｃａｌｉｎ３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｌｉｎｅａｒ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｉｇｈｔ；ｃａｌｉｂｒａｔｅＯＣＩＳｃｏｄｅｓ１２０．５８００；１５０．１４８８；１５０．６９１０；１００．６８９０；１３０．６０１０１引言致。传统的标定方法通常需要借助高精度的辅助设线结构光三维测量由于其具有结构简单、成本备来进行调整，这不但增加了系统校准的难度，同时低、抗干扰性好、

7、精度高等优点，在三维视觉测量与还提高了设备的成本。针对这一问题，本文提出了检测领域得到了广泛的应用［１，２］。该方法由于每次一种操作简单、精度较高，基于平面标靶的线结构光只能得到物体某一截面上的三维轮廓信息，要获得扫描方向标定方法。整个物体表面的三维数据必须附加一维扫描，通常［３］采用平移和旋转两种扫描方式实现。平移扫描方２基本原理式通常沿光平面的法线方向进行扫描，因此系统在传统线结构光测量系统一般由摄像机、线形激［４］校准时必须保证光平面的法线方向与扫描方向一光器、计算机以及扫描设备组成，摄像机光轴与激收稿日期：２０１１－０７－２１；收到修改稿日期：２０

8、１１－１０－１０基金项目：深圳市科技计划（ＪＣ２００９０３１２００