CN112747687B - 线结构光视觉测量标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种线结构光视觉测量标定方法及系统，该线结构光视觉测量标定方法在初始标定时，进行以下步骤：通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置满足第一位置条件；将量块作为标定靶物，并通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件；步骤S30.获取所述摄像头所采集的图像画面，并对所采集的图像画面进行分析，以获取基准像素宽度值/基准像素长度值。实施本发明的技术方案，标定靶物为量块，特点为精度极高，同时易于获取，在工业场景中容易推广和使用；而且，方法简单，只需移动量块即可。

Description

线结构光视觉测量标定方法及系统

技术领域

本发明涉及仪控领域，尤其涉及一种线结构光视觉测量标定方法及系统。

背景技术

线结构光视觉测量方法越来越多地被应用于工业领域，其具有非接触测量、显示直观、准确度高，稳定性好，抗干扰能力强等优点。目前，一般工业领域已经实现mm级的精度测量，但如果想实现更高精度测量，例如，精度≤0.05mm，现有的标定技术限制了测量的准确性，因此，相机标定和激光平面标定的准确性成为测量精度保证的关键，所以若想实现更高精度的测量，需要提高原有相机标定和激光平面标定的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种线结构光视觉测量标定方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种线结构光视觉测量标定方法，在初始标定时，进行以下步骤：

步骤S10.通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置满足第一位置条件，所述第一位置条件包括：横激光平面与纵激光平面相互垂直；所述横激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的横轴；所述纵激光平面在图像坐标系中的位置平行于所述图像坐标系的纵轴；其中，所述横激光平面由所述横激光器射出的线结构激光线形成，所述纵激光平面由所述纵激光器射出的线结构激光线形成，所述图像坐标系为摄像机所拍摄的图像所对应的二维坐标系；

步骤S20.将量块作为标定靶物，并通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件，所述第二位置条件为：所述量块在所述图像坐标系中相邻的两条边分别平行于所述图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边穿过所述横激光平面/所述纵激光平面在图像坐标系中的位置；

步骤S30.获取所述摄像头所采集的图像画面，并对所采集的图像画面进行分析，以获取基准像素宽度值/基准像素长度值。

优选地，所述步骤S10还包括：

通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置还满足：横基准线在所述图像坐标系的纵轴的中间位置；纵基准线在所述图像坐标系的横轴的中间位置，其中，所述横基准线为所述横激光平面在图像坐标系中的位置，所述纵基准线为纵激光平面在图像坐标系中的位置。

优选地，所述步骤S30包括：

步骤S31.获取所述摄像头所采集的图像画面；

步骤S32.在所述图像画面中确定所述横激光器/所述纵激光器射出的线结构激光线在所述量块上的两个断点的像素位置；

步骤S33.根据以下公式计算基准像素宽度值/基准像素长度值：

w_x＝T_x/|x₂-x₁|；

w_y＝T_y/|y₂-y₁|；

其中，w_x为基准像素宽度值；w_y为基准像素长度值；T_x为量块与所述横轴平行的一条边的长度；T_y为量块与所述纵轴平行的一条边的长度；x₂、x₁分别为所述图像画面中所述横激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素横坐标位置；y₂、y₁分别为所述图像画面中所述纵激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素纵坐标位置。

优选地，根据以下步骤对所述基准像素宽度值/基准像素长度值进行修正：

步骤S40.通过多次调整横激光器和纵激光器的相对位置，以使两者的位置在每次调整后均满足所述第一位置条件，且每次调整后所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线偏移不同的值；而且，在每次调整后，还通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件；

步骤S50.在每次调整横激光器和纵激光器的相对位置后，获取所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的偏移值；而且，在每次调整所述量块的位置后，控制所述摄像头对每个偏移值下的图像画面进行视觉采集，并对所述图像画面进行分析，以获取每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值；

步骤S60.将所述多个偏移值及每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值分别代入预先建立的宽度修正函数/长度修正函数，以获取所述宽度修正函数/长度修正函数的各参数值；

步骤S70.在实际测量时，获取当前横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的当前偏移值，并根据所述当前偏移值及所述宽度修正函数/长度修正函数计算当前像素宽度值/当前像素长度值。

优选地，预先建立的宽度修正函数/长度修正函数为二次函数，而且，所述横激光器和所述纵激光器两者位置的调整次数为三次。

本发明还构造一种线结构光视觉测量标定系统，包括横激光器、纵激光器、摄像机和量块，还包括：

第一调整模块，用于在初始标定时，通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置满足第一位置条件，所述第一位置条件包括：横激光平面与纵激光平面相互垂直；所述横激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的横轴；所述纵激光平面在图像坐标系中的位置平行于所述图像坐标系的纵轴；其中，所述横激光平面由所述横激光器射出的线结构激光线形成，所述纵激光平面由所述纵激光器射出的线结构激光线形成，所述图像坐标系为摄像机所拍摄的图像所对应的二维坐标系；

第二调整模块，用于将量块作为标定靶物，并通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件，所述第二位置条件为：所述量块在所述图像坐标系中相邻的两条边分别平行于所述图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边穿过所述横激光平面/所述纵激光平面在图像坐标系中的位置；

分析模块，用于获取所述摄像头所采集的图像画面，并对所采集的图像画面进行分析，以获取基准像素宽度值/基准像素长度值。

优选地，所述第一调整模块，用于通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置还满足：横基准线在所述图像坐标系的纵轴的中间位置；纵基准线在所述图像坐标系的横轴的中间位置，其中，所述横基准线为所述横激光平面在图像坐标系中的位置，所述纵基准线为纵激光平面在图像坐标系中的位置。

优选地，所述分析模块，包括：

图像获取单元，用于获取所述摄像头所采集的图像画面；

断点确定单元，用于在所述图像画面中确定所述横激光器/所述纵激光器射出的线结构激光线在所述量块上的两个断点的像素位置；

计算单元，用于根据以下公式计算基准像素宽度值/基准像素长度值：

w_x＝T_x/|x₂-x₁|；

w_y＝T_y/|y₂-y₁|；

其中，w_x为基准像素宽度值；w_y为基准像素长度值；T_x为量块与所述横轴平行的一条边的长度；T_y为量块与所述纵轴平行的一条边的长度；x₂、x₁分别为所述图像画面中所述横激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素横坐标位置；y₂、y₁分别为所述图像画面中所述纵激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素纵坐标位置。

优选地，还包括：

第三调整模块，用于在对所述基准像素宽度值/基准像素长度值进行修正时，通过多次调整横激光器和纵激光器的相对位置，以使两者的位置在每次调整后均满足所述第一位置条件，且每次调整后所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线偏移不同的值；而且，在每次调整后，还通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件；

值获取模块，用于在每次调整横激光器和纵激光器的相对位置后，获取所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的偏移值；而且，在每次调整所述量块的位置后，控制所述摄像头对每个偏移值下的图像画面进行视觉采集，并对所述图像画面进行分析，以获取每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值；

参数计算模块，用于将所述多个偏移值及每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值分别代入预先建立的宽度修正函数/长度修正函数，以获取所述宽度修正函数/长度修正函数的各参数值；

修正模块，用于在实际测量时，获取当前横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的当前偏移值，并根据所述当前偏移值及所述宽度修正函数/长度修正函数计算当前像素宽度值/当前像素长度值。

优选地，预先建立的宽度修正函数/长度修正函数为二次函数，而且，所述横激光器和所述纵激光器两者位置的调整次数为三次。

本发明所提供的技术方案，由于标定靶物为量块，特点为精度极高，按照此方法标定后可以实现标定精度≤20μm，同时，量块易于获取，在工业场景中容易推广和使用，而且，标定方法简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明线结构光视觉测量标定方法实施例一的流程图；

图2A是本发明进行线结构光视觉测量标定时激光平面调整的示意图；

图2B是本发明进行线结构光视觉测量标定时量块标定的示意图；

图2C是本发明进行线结构光视觉测量标定时建立基准线的示意图；

图3是本发明线结构光视觉测量标定方法实施例二的流程图；

图4是本发明进行线结构光视觉测量标定时偏离基准线的示意图；

图5是本发明线结构光视觉测量标定系统实施例一的逻辑结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明线结构光视觉测量标定方法实施例一的流程图，该实施例的线结构光视觉测量标定方法中在初始标定时进行以下步骤：

步骤S10.通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置满足第一位置条件，所述第一位置条件包括：横激光平面与纵激光平面相互垂直；所述横激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的横轴；所述纵激光平面在图像坐标系中的位置平行于所述图像坐标系的纵轴；其中，所述横激光平面由所述横激光器射出的线结构激光线形成，所述纵激光平面由所述纵激光器射出的线结构激光线形成，所述图像坐标系为摄像机所拍摄的图像所对应的二维坐标系；

在该步骤中，结合图2A，摄像机300和激光器是固定安装的，激光器分为横激光器210和纵激光器220，而且，横激光器210射出的线结构激光线形成的平面为横激光平面，纵激光器220射出的线结构激光线形成的平面为纵激光平面，图中共存在以下几个坐标系：世界坐标系OwXwYwZw、激光器坐标系ObXbYbZb、摄像机坐标系OcXcYcZc、图像坐标系OnXnYn。在标定时，先通过调整横激光器210、纵激光器220的相对位置使横激光器210和纵激光器220分别形成的激光平面相互垂直，同时，横激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的横轴；纵激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的纵轴。另外，还应保证横激光器210和纵激光器220距离标靶平面(量块移动的平面)为最佳焦距位置，实现激光线的清晰稳定。

步骤S20.将量块作为标定靶物，并通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件，所述第二位置条件为：所述量块在所述图像坐标系中相邻的两条边分别平行于所述图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边穿过所述横激光平面/所述纵激光平面在图像坐标系中的位置；

在该步骤中，结合图2B，采用高精度的量块400进行标定，将量块400置于世界坐标系OwXwYwZw上，量块400可在标靶平面上移动，且移动的区间为摄像机300的视野范围。在标定时，通过调整量块400在标靶平面上的位置使其在图像坐标系中相邻的两条边分别平行于图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边穿过横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置，在此需说明的是，在确定基准像素宽度值时，保证量块400在图像坐标系中相邻的两条边分别平行于图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边(已知长度)穿过横激光平面在图像坐标系中的位置；在确定基准像素长度值时，保证量块400在图像坐标系中相邻的两条边分别平行于图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边(已知长度)穿过纵激光平面在图像坐标系中的位置。

而且，在一个可选实施例中，基准像素宽度值和长度值可分两次确定，即，调整两次量块的位置，如图2B所示，每次仅保证量块的已知边穿过一个激光平面(横激光平面或纵激光平面)在图像坐标系中的位置即可。在另一个可选实施例中，基准像素宽度值和长度值可一次确定，即，调整一次量块的位置，保证量块在该位置时，其在图像坐标系中相邻的两条边(均已知长度)分别穿过两个激光平面在图像坐标系中的位置。

步骤S30.获取所述摄像头所采集的图像画面，并对所采集的图像画面进行分析，以获取基准像素宽度值/基准像素长度值。

关于该步骤，在一个具体实施例中，可具体包括：

步骤S31.获取所述摄像头所采集的图像画面；

步骤S32.在所述图像画面中确定所述横激光器/所述纵激光器射出的线结构激光线在所述量块上的两个断点的像素位置；

具体地，在获取到所采集的图像画面后，对其进行以下分析和处理：首先提取出图像画面中的横激光线和纵激光线，可采用灰度质心法或密度质心法来提取图像中的激光线；然后，识别出两个断点，即，定位出一条激光线打在在量块上的断点，具体可通过以下方式识别断点：将当前像素点沿相应激光线延伸预设数量个(例如两个)像素点，若连续预设数量个(例如两个)像素点的颜色值发生变化，则将所述当前像素点确定为断点，并确定出断点的像素位置。

步骤S33.根据以下公式计算基准像素宽度值/基准像素长度值：

w_x＝T_x/|x₂-x₁|；

w_y＝T_y/|y₂-y₁|；

其中，w_x为基准像素宽度值；w_y为基准像素长度值；T_x为量块与所述横轴平行的一条边的长度；T_y为量块与所述纵轴平行的一条边的长度；x₂、x₁分别为所述图像画面中所述横激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素横坐标位置；y₂、y₁分别为所述图像画面中所述纵激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素纵坐标位置。

在该实施例中，当获取到摄像头所采集的图像画面后，确定激光线在量块上的断点，并确定该断点所对应的像素位置，两个断点所对应的像素位置相减便可确定量块的已知边所占用的像素数量，而已知边的长度已知，进而可根据上述公式确定出基准像素值。由于量块的精度较高，所以可以实现高精度的像素值标定。同样需说明的是，基准像素宽度值和长度值可分两次确定，即，调整两次量块的位置。当然也可以，基准像素宽度值和长度值一次确定，即，调整一次量块的位置。另外，还需说明的是，当确定出了基准像素宽度值、基准像素长度值之后，可将基准像素宽度值及基准像素长度值写入软件，以便后续的测量计算使用。

进一步地，步骤S10还包括：通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置还满足：横基准线在所述图像坐标系的纵轴的中间位置；纵基准线在所述图像坐标系的横轴的中间位置，其中，所述横基准线为所述横激光平面在图像坐标系中的位置，所述纵基准线为纵激光平面在图像坐标系中的位置。在该实施例中，结合图2C，可通过将横激光线和纵激光线进行提取建立基准线，即，将初始标定时横激光平面在图像坐标系中的位置作为横基准线，及纵激光平面在图像坐标系中的位置作为纵基准线。设置基准线的目的是：保证后续测量时，使测量目标物尽量接近基准线，因为在基准线上的精度是最高。在建立了基准线后，还通过调整横激光器210和纵激光器220的相对位置，使得横基准线在图像坐标系的纵轴的中间位置，及纵基准线在图像坐标系的横轴的中间位置。这样，可尽可能大地增加测量区域。

进一步地，在实际测量过程中发现：激光平面不可避免地会超出基准线或者与基准线发生偏移，这时候就需要根据当前的激光平面在图像坐标系中的位置与基准线的偏移程度，对基准像素宽度值、基准像素长度值进行修正，以保证测量精度。

图3是本发明线结构光视觉测量标定方法实施例二的流程图，该实施例的线结构光视觉测量标定方法根据以下步骤对所述基准像素宽度值/基准像素长度值进行修正：

步骤S40.通过多次调整横激光器和纵激光器的相对位置，以使两者的位置在每次调整后均满足所述第一位置条件，且每次调整后所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线偏移不同的值；而且，在每次调整后，还通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件；

在该步骤中，多次调整激光器和纵激光器的相对位置，以使每次调整后都满足：横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与横基准线/纵基准线偏移不同的值，例如，图4所示的横激光平面在图像坐标系中的位置与横基准线相偏移。而且，每次调整后还满足：横激光平面与纵激光平面相互垂直；横激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的横轴；纵激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的纵轴。另外，在每次调整后，还通过调整量块在标靶平面上的位置使其满足：量块在图像坐标系中相邻的两条边分别平行于所述图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边(已知长度的边)穿过横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置。

步骤S50.在每次调整横激光器和纵激光器的相对位置后，获取所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的偏移值；而且，在每次调整所述量块的位置后，控制所述摄像头对每个偏移值下的图像画面进行视觉采集，并对所述图像画面进行分析，以获取每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值；

在该步骤中，由于基准线为初始标定时激光平面在图像坐标系中的位置，而在修正时每次都与基准线偏移不同的值，所以可得到多个偏移值。另外，在每次调整后，还通过摄像头的视觉采集获取每个偏移值下的图像画面，且通过对图像画面进行分析(具体方法可参考步骤S31至步骤S33)来获取每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值，这样，便获取了多组偏移值、实际像素宽度值/实际像素长度值。

步骤S60.将所述多个偏移值及每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值分别代入预先建立的宽度修正函数/长度修正函数，以获取所述宽度修正函数/长度修正函数的各参数值；

在该步骤中，可选地，预先建立的宽度修正函数/长度修正函数为二次函数，例如为：w′_x＝w_x*[C1+B1*Δx+A1(Δx)²]，w′_y＝w_y*[C2+B2*Δy+A2(Δy)²]，其中，w′_x为实际像素宽度值；w_x为实际像素宽度值；Δx为基准像素宽度值；A1、B1、C1分别为宽度修正函数的三个参数值；w′_y为实际像素长度值；w_y为实际像素长度值；Δy为基准像素长度值；A2、B2、C2分别为长度修正函数的三个参数值。相应地，横激光器和纵激光器两者位置的调整次数为三次。也就是说，将三组偏移值、实际像素宽度值分别代入预先建立的宽度修正函数，使用最小二乘法计算的方式便可获取宽度修正函数的三个参数值A1、B1、C1。同样地，将三组偏移值、实际像素长度值分别代入预先建立的长度修正函数，使用最小二乘法计算的方式便可获取长度修正函数的三个参数值A2、B2、C2。

步骤S70.在实际测量时，获取当前横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的当前偏移值，并根据所述当前偏移值及所述宽度修正函数/长度修正函数计算当前像素宽度值/当前像素长度值。

在该步骤中，在测量过程中可以实现像素宽度值/像素长度值的自动修正，根据图像采集以及激光平面与基准线的偏差自动计算前像素宽度值/当前像素长度值，可将该数据写入视觉测量软件。而且，由于考虑了视觉畸变，并进行了修正，故其测量精度大幅提高。

综上所述，本发明的这种高精度线结构光视觉测量标定方法的应用价值主要体现在：

1.标定方法简单，只需在激光平面方向移动量块即可；

2.标定靶物为量块，特点为精度极高，同时易于获取，在工业场景中容易推广和使用；

3.标定精度高，按照此项标定后可以实现标定精度≤20μm；

4.标定后的视觉测量精度大幅提高，测量精度≤50μm。

本发明还构造一种线结构光视觉测量标定系统实施例一的逻辑结构图，结合图5及图2A至2C，该线结构光视觉测量标定系统包括：横激光器210、纵激光器220、摄像机300和量块400，还包括有：第一调整模块110、第二调整模块120和分析模块130，其中，第一调整模块110用于在初始标定时，通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置满足第一位置条件，第一位置条件包括：横激光平面与纵激光平面相互垂直；横激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的横轴；纵激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的纵轴；其中，横激光平面由横激光器射出的线结构激光线形成，纵激光平面由纵激光器射出的线结构激光线形成，图像坐标系为摄像机所拍摄的图像所对应的二维坐标系；第二调整模块120用于将量块作为标定靶物，并通过调整量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件，第二位置条件为：量块在图像坐标系中相邻的两条边分别平行于图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边穿过横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置；分析模块130用于获取摄像头所采集的图像画面，并对所采集的图像画面进行分析，以获取基准像素宽度值/基准像素长度值。

进一步地，第一调整模块110用于通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置还满足：横基准线在图像坐标系的纵轴的中间位置；纵基准线在图像坐标系的横轴的中间位置，其中，横基准线为横激光平面在图像坐标系中的位置，纵基准线为纵激光平面在图像坐标系中的位置。

进一步地，分析模块130包括图像获取单元131、断点确定单元132和计算单元133，其中，图像获取单元131用于获取摄像头所采集的图像画面；断点确定单元132用于在图像画面中确定横激光器/纵激光器射出的线结构激光线在量块上的两个断点的像素位置；计算单元133用于根据以下公式计算基准像素宽度值/基准像素长度值：

w_x＝T_x/|x₂-x₁|；

w_y＝T_y/|y₂-y₁|；

其中，w_x为基准像素宽度值；w_y为基准像素长度值；T_x为量块与横轴平行的一条边的长度；T_y为量块与纵轴平行的一条边的长度；x₂、x₁分别为图像画面中横激光器射出的激光线在量块上的两个断点的像素横坐标位置；y₂、y₁分别为图像画面中纵激光器射出的激光线在量块上的两个断点的像素纵坐标位置。

进一步地，本发明的线结构光视觉测量标定系统还包括：第三调整模块、值获取模块、参数计算模块、修正模块，其中，第三调整模块用于在对基准像素宽度值/基准像素长度值进行修正时，通过多次调整横激光器和纵激光器的相对位置，以使两者的位置在每次调整后均满足第一位置条件，且每次调整后横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与横基准线/纵基准线偏移不同的值；而且，在每次调整后，还通过调整量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件；值获取模块，用于在每次调整横激光器和纵激光器的相对位置后，获取横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与横基准线/纵基准线的偏移值；而且，在每次调整量块的位置后，控制摄像头对每个偏移值下的图像画面进行视觉采集，并对图像画面进行分析，以获取每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值；参数计算模块，用于将多个偏移值及每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值分别代入预先建立的宽度修正函数/长度修正函数，以获取宽度修正函数/长度修正函数的各参数值；修正模块，用于在实际测量时，获取当前横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与横基准线/纵基准线的当前偏移值，并根据当前偏移值及宽度修正函数/长度修正函数计算当前像素宽度值/当前像素长度值。

可选地，预先建立的宽度修正函数/长度修正函数为二次函数，而且，横激光器和纵激光器两者位置的调整次数为三次。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种线结构光视觉测量标定方法，其特征在于，在初始标定时，进行以下步骤：

步骤S10.通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置满足第一位置条件，所述第一位置条件包括：横激光平面与纵激光平面相互垂直；所述横激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的横轴；所述纵激光平面在图像坐标系中的位置平行于所述图像坐标系的纵轴；其中，所述横激光平面由所述横激光器射出的线结构激光线形成，所述纵激光平面由所述纵激光器射出的线结构激光线形成，所述图像坐标系为摄像机所拍摄的图像所对应的二维坐标系；

步骤S20.将量块作为标定靶物，并通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件，所述第二位置条件为：所述量块在所述图像坐标系中相邻的两条边分别平行于所述图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边穿过所述横激光平面/所述纵激光平面在图像坐标系中的位置；

步骤S30.获取所述摄像头所采集的图像画面，并对所采集的图像画面进行分析，以获取基准像素宽度值/基准像素长度值。

2.根据权利要求1所述的线结构光视觉测量标定方法，其特征在于，所述步骤S10还包括：

通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置还满足：横基准线在所述图像坐标系的纵轴的中间位置；纵基准线在所述图像坐标系的横轴的中间位置，其中，所述横基准线为所述横激光平面在图像坐标系中的位置，所述纵基准线为纵激光平面在图像坐标系中的位置。

3.根据权利要求1所述的线结构光视觉测量标定方法，其特征在于，所述步骤S30包括：

步骤S31.获取所述摄像头所采集的图像画面；

步骤S32.在所述图像画面中确定所述横激光器/所述纵激光器射出的线结构激光线在所述量块上的两个断点的像素位置；

步骤S33.根据以下公式计算基准像素宽度值/基准像素长度值：

w_x＝T_x/|x₂-x₁|；

w_y＝T_y/|y₂-y₁|；

其中，w_x为基准像素宽度值；w_y为基准像素长度值；T_x为量块与所述横轴平行的一条边的长度；T_y为量块与所述纵轴平行的一条边的长度；x₂、x₁分别为所述图像画面中所述横激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素横坐标位置；y₂、y₁分别为所述图像画面中所述纵激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素纵坐标位置。

4.根据权利要求2或3所述的线结构光视觉测量标定方法，其特征在于，根据以下步骤对所述基准像素宽度值/基准像素长度值进行修正：

步骤S40.通过多次调整横激光器和纵激光器的相对位置，以使两者的位置在每次调整后均满足所述第一位置条件，且每次调整后所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线偏移不同的值；而且，在每次调整后，还通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件；

步骤S50.在每次调整横激光器和纵激光器的相对位置后，获取所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的偏移值；而且，在每次调整所述量块的位置后，控制所述摄像头对每个偏移值下的图像画面进行视觉采集，并对所述图像画面进行分析，以获取每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值；

步骤S60.将所述每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值分别代入预先建立的宽度修正函数/长度修正函数，以获取所述宽度修正函数/长度修正函数的各参数值；

步骤S70.在实际测量时，获取当前横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的当前偏移值，并根据所述当前偏移值及所述宽度修正函数/长度修正函数计算当前像素宽度值/当前像素长度值。

5.根据权利要求4所述的线结构光视觉测量标定方法，其特征在于，预先建立的宽度修正函数/长度修正函数为二次函数，而且，所述横激光器和所述纵激光器两者位置的调整次数为三次。

6.一种线结构光视觉测量标定系统，包括横激光器、纵激光器、摄像机和量块，其特征在于，还包括：

第一调整模块，用于在初始标定时，通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置满足第一位置条件，所述第一位置条件包括：横激光平面与纵激光平面相互垂直；所述横激光平面在图像坐标系中的位置平行于图像坐标系的横轴；所述纵激光平面在图像坐标系中的位置平行于所述图像坐标系的纵轴；其中，所述横激光平面由所述横激光器射出的线结构激光线形成，所述纵激光平面由所述纵激光器射出的线结构激光线形成，所述图像坐标系为摄像机所拍摄的图像所对应的二维坐标系；

第二调整模块，用于将量块作为标定靶物，并通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件，所述第二位置条件为：所述量块在所述图像坐标系中相邻的两条边分别平行于所述图像坐标系的横轴和纵轴，且其中一条边穿过所述横激光平面/所述纵激光平面在图像坐标系中的位置；

分析模块，用于获取所述摄像头所采集的图像画面，并对所采集的图像画面进行分析，以获取基准像素宽度值/基准像素长度值。

7.根据权利要求6所述的线结构光视觉测量标定系统，其特征在于，

所述第一调整模块，用于通过调整横激光器和纵激光器的相对位置，使其两者的位置还满足：横基准线在所述图像坐标系的纵轴的中间位置；纵基准线在所述图像坐标系的横轴的中间位置，其中，所述横基准线为所述横激光平面在图像坐标系中的位置，所述纵基准线为纵激光平面在图像坐标系中的位置。

8.根据权利要求6所述的线结构光视觉测量标定系统，其特征在于，所述分析模块，包括：

图像获取单元，用于获取所述摄像头所采集的图像画面；

断点确定单元，用于在所述图像画面中确定所述横激光器/所述纵激光器射出的线结构激光线在所述量块上的两个断点的像素位置；

计算单元，用于根据以下公式计算基准像素宽度值/基准像素长度值：

w_x＝T_x/|x₂-x₁|；

w_y＝T_y/|y₂-y₁|；

其中，w_x为基准像素宽度值；w_y为基准像素长度值；T_x为量块与所述横轴平行的一条边的长度；T_y为量块与所述纵轴平行的一条边的长度；x₂、x₁分别为所述图像画面中所述横激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素横坐标位置；y₂、y₁分别为所述图像画面中所述纵激光器射出的激光线在所述量块上的两个断点的像素纵坐标位置。

9.根据权利要求6-8任一项所述的线结构光视觉测量标定系统，其特征在于，还包括：

第三调整模块，用于在对所述基准像素宽度值/基准像素长度值进行修正时，通过多次调整横激光器和纵激光器的相对位置，以使两者的位置在每次调整后均满足所述第一位置条件，且每次调整后所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线偏移不同的值；而且，在每次调整后，还通过调整所述量块在标靶平面上的位置使其满足第二位置条件；

值获取模块，用于在每次调整横激光器和纵激光器的相对位置后，获取所述横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的偏移值；而且，在每次调整所述量块的位置后，控制所述摄像头对每个偏移值下的图像画面进行视觉采集，并对所述图像画面进行分析，以获取每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值；

参数计算模块，用于将所述每个偏移值所对应的实际像素宽度值/实际像素长度值分别代入预先建立的宽度修正函数/长度修正函数，以获取所述宽度修正函数/长度修正函数的各参数值；

修正模块，用于在实际测量时，获取当前横激光平面/纵激光平面在图像坐标系中的位置与所述横基准线/纵基准线的当前偏移值，并根据所述当前偏移值及所述宽度修正函数/长度修正函数计算当前像素宽度值/当前像素长度值。

10.根据权利要求9所述的线结构光视觉测量标定系统，其特征在于，预先建立的宽度修正函数/长度修正函数为二次函数，而且，所述横激光器和所述纵激光器两者位置的调整次数为三次。

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