CN115761011A

CN115761011A - 一种线激光3d相机系统全自动标定方法及装置

Info

Publication number: CN115761011A
Application number: CN202211672210.6A
Authority: CN
Inventors: 李庆; 唐俊峰; 张光宇; 吴小静; 沈曦; 曹桂平; 董宁
Original assignee: Hefei Eko Photoelectric Technology Co ltd
Current assignee: Hefei Eko Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-26
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明的一种线激光3D相机系统全自动标定方法及装置，标定参数包括内参、畸变系数、传感器倾斜角度、激光面参数、旋转向量和平移向量，标定方法如下：获取第一圆盘标定板不同位姿的第一圆盘标定板图，得到内参、畸变系数和传感器倾斜角度的初值；获取第二圆盘标定板到线激光相机不同距离的第二圆盘标定板图和激光线图L2，进行激光面标定，得到激光面参数、旋转向量和平移向量的初值；获取网格板到线激光相机不同距离的激光线图L3，利用所述激光线图L3检验所述标定参数的误差，根据误差修正所述标定参数，得到修正后的标定参数。本发明设计先计算初值，再对初值进行修正的方法，提高了线激光3D相机的标定精度。

Description

一种线激光3D相机系统全自动标定方法及装置

技术领域

本发明涉及线激光3D相机标定领域，特别涉及一种线激光3D相机系统全自动标定方法。

背景技术

线激光3D相机，是一种基于三角测量原理，通过图像传感器，捕获激光发生器投射在物体表面的激光线信息，重构物体表面轮廓信息的三维相机，其主要由沙姆相机和线激光发生器组成。对于线激光3D相机的标定主要包含两个步骤：沙姆相机的标定、激光面的标定，标定参数包括内参、畸变系数、传感器倾斜角度、激光面参数、激光面相对相机坐标系的旋转向量和平移向量，过程非常复杂，如果仅靠人工去采集各种图像将花费大量时间，这对工业中批量生产线激光3D相机是不能接受的。为了解决上述问题，本发明提出一种线激光3D相机的全自动标定方法与流程，能够一键实现所有标定过程，得到最终的标定参数用于三维重建。

基于线激光的三维重建技术，主要是通过向物体表面投射激光，激光由于物体表面深度的变化以及可能的间隙而受到调制，表现在图像中则是光条发生了变化和不连续，变化的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。通过数学模型重建此调制过程，从而根据激光平面和物体外表面交线的二维激光条纹图像获得其三维坐标。由于其重建速度快、结构简单、精度高、抗干扰能力强的优点，被广泛应用于汽车生产、电子制造等各个领域中的产品尺寸检测、焊缝跟踪、工件轮廓测量、机器人轨迹引导等诸多场景中。基于线激光的三维重建技术主要包括相机标定、激光条纹中心线提取、激光平面标定等部分，其中，激光条纹中心线提取有灰度重心法、基于Hessian矩阵的steger算法等众多成熟解决方案，而相机标定主要使用二维标靶的张氏标定法及其改良方法来完成。在相机以及激光面完成之后得到的标定参数用于三维重建时，随着量程的增大，误差逐渐增大，因此还需要对其测量精度进行补偿。沙姆相机复杂的标定使得标定一次的时间成本是巨大的，想要实现量产通过人工拍图标定的方式是不现实的。

专利CN114359405A中提出了一种离轴沙姆3D线激光相机的标定方法，包括：构建离轴沙姆3D线激光相机的成像模型：构建与透镜面平行且成像中心过光轴的虚拟像面坐标系，实现图像像素坐标与世界坐标系下坐标之间的转换；先计算相机内参和外参初值，后利用非线性优化算法计算最优解，获得相机标定；采集不少于2组有无激光用于激光平面标定的标定板图片，通过组内标定板图片做差的方法，得到激光线数据，计算每组激光线中心像素坐标在相机坐标系下的三维坐标，拟合得到激光平面方程，得到激光平面的标定。解决了离轴沙姆3D线激光相机难以标定的问题。该技术方案与本方案解决的技术问题最为接近，但采用的装置不同，标定方法与原理也不同。

另外，专利CN113160339A公开了一种基于沙姆定律的投影仪标定方法，用于对沙姆投影仪的标定使用精度更高的双向多频多步相移法，提升相位的计算精度，构建沙姆投影仪成像模型结合现有的张氏解析算法进行内外参初值的计算，利用LM算法对投影仪内参、外参、畸变系数进行优化，并进一步继续利用LM算法对沙姆角进行优化。该方案不涉及对激光面的标定，且优化方法与本发明原理不同，不能实现本发明中快速精确的修正方案，且该专利文献的核心为双向多频多步相移法，不能解决本发明全自动的标定过程。

综上所述，现有技术缺点如下：

（1）沙姆相机复杂的标定使得标定一次的时间成本是巨大的，想要实现量产通过人工拍图标定的方式是不现实的；

（2）现有技术关于线激光3D相机标定的精度不足。

发明内容

本发明提出的线激光3D相机系统全自动标定方法及装置，可至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：

一种线激光3D相机系统全自动标定方法，包括：

获取第一圆盘标定板不同位姿的第一圆盘标定板图，利用所述第一圆盘标定板图标定线激光3D相机，得到内参、畸变系数和传感器倾斜角度；

获取第二圆盘标定板到线激光3D相机不同距离的第二圆盘标定板图和激光线图L2，利用所述激光线图L2和第二圆盘标定板图进行激光面标定，得到激光面参数、激光面相对相机坐标系的旋转向量和平移向量；

标定参数包括内参、畸变系数、传感器倾斜角度、激光面参数、激光面相对相机坐标系的旋转向量和平移向量；

获取网格板到线激光3D相机不同距离的激光线图L3，利用所述激光线图L3检验使用标定参数重建后三维坐标的误差，根据误差修正所述标定参数，得到修正后的标定参数。

进一步地，还包括：

通过自动曝光算法调整线激光3D相机拍摄不同位姿第一圆盘标定板图时的曝光时间，使每张第一圆盘标定板图亮度一致；

所述自动曝光算法包括：

预设灰度值范围，采用自适应阈值分割将第一圆盘标定板图中的第一圆盘标定板提取出来，取第一圆盘标定板上除黑色圆盘外的区域为前景；

计算前景中所有像素值均值T1，计算前景中所有像素值大于T1的像素点的均值T2；

若T2在所述预设的灰度范围内，则曝光时间符合要求；若T2不在所述预设的灰度范围内，则调整曝光时间，直到所述T2在所述预设的灰度范围内。

进一步地，所述获取第二圆盘标定板到线激光3D相机不同距离的第二圆盘标定板图和激光线图L2，包括：

调整线激光3D相机与第二圆盘标定板之间的位置，使激光线打在第二圆盘标定板的两行圆盘之间，且线激光3D相机能拍清第二圆盘标定板；

分别使第二圆盘标定板靠近和远离线激光3D相机，同时获取多张第二圆盘标定板图和激光线图L2；

其中，获取第二圆盘标定板图时进行补光，所述补光的光源与所述线激光3D相机的光源波长相同；激光线图L2为线激光3D相机发出的线激光打在第二圆盘标定板上的图片。

进一步地，所述获取网格板到线激光3D相机不同距离的激光线图L3，包括：

调整线激光3D相机与网格板之间的相对位置，使线激光3D相机发出的线激光平行于网格板上的网格参考线，在网格板靠近或远离线激光3D相机时激光线在网格板上的位置不变；

分别使网格板靠近和远离线激光3D相机，同时获取多张激光线图L3，记录每张激光线图L3获取时网格板和线激光3D相机之间的相对位置，所述激光线图L3为线激光3D相机发出的线激光打在网格板上的图片。

进一步地，所述利用所述第一圆盘标定板图标定线激光3D相机，得到内参、畸变系数和传感器倾斜角度，包括：

根据所述第一圆盘标定板图，使用沙姆相机标定法计算线激光3D相机的初始内参、初始畸变系数和初始传感器倾角，记录每张图片的每个特征点的重投影误差；

选择重投影误差较小的第一圆盘标定板图，使用沙姆相机标定法继续标定，选择重投影误差最小的一次标定结果为线激光3D相机的内参、畸变系数和传感器倾斜角度。

进一步地，所述利用所述激光线图L2和第二圆盘标定板图进行激光面标定，得到激光面参数、激光面相对相机坐标系的旋转向量和平移向量，包括：

以当前第二圆盘标定板为参考建立世界坐标系，X和Y轴在圆盘标定板表面，Z轴与第二圆盘标定板垂直；

根据当前第二圆盘标定板图，结合相机内参和畸变系数计算当前圆盘标定板相对线激光3D相机坐标系的旋转矩阵R和平移矩阵T；

通过归一化的线激光3D相机坐标与像素坐标之间的变换关系，根据R、T、内参得到激光线上每点的3D坐标；

计算每个第二圆盘标定板图上激光线上每点的3D坐标，拟合得到激光面参数；

采用罗德里格斯变换将所述激光面第一次旋转到世界坐标系的XOZ面，得到旋转向量rot_plane；再将激光面与Z轴交点第一次平移到世界坐标系中心，得到平移向量t_plane；

第二次旋转所述激光面，使具有相同X坐标的激光线中心点的Z坐标相同，根据第一次旋转和第二次旋转得到激光面相对相机坐标系的旋转向量rot_vec，根据第一次平移得到激光面相对相机坐标系的平移向量t_vec。

进一步地，所述利用所述激光线图L3检验使用标定参数重建后三维坐标的误差，根据误差修正所述标定参数，得到修正后的标定参数，包括：

使用标定参数计算激光线图L3中每幅图中激光线的Z坐标的计算值；

激光线图L3中每幅图的位置已知，得到每幅图中激光线的Z坐标的测量值；

比较所述激光线的Z坐标的计算值和所述激光线的Z坐标的测量值，得到修正目标函数；

根据所述修正目标函数修正标定参数。

另一方面，本发明还提出一种线激光3D相机系统全自动标定装置，包括：

第一圆盘标定板，位姿可调，用于线激光3D相机拍摄不同位姿的第一圆盘标定板图；

第二圆盘标定板，到线激光3D相机相对位置可调，用于线激光3D相机拍摄不同位置的第二圆盘标定板图和激光线图L2；

网格板，到线激光3D相机相对位置可调，用于线激光3D相机拍摄不同位置的激光线图L3；

上位机，用于计算标定参数，所述标定参数包括内参、畸变系数、传感器倾斜角度、激光面参数、激光面相对相机坐标系的旋转向量和平移向量；

所述上位机利用所述第一圆盘标定板图标定线激光3D相机，得到内参、畸变系数和传感器倾斜角度；利用所述激光线图L2和第二圆盘标定板图进行激光面标定，得到激光面参数、激光面相对相机坐标系的旋转向量和平移向量；利用激光线图L3检验使用标定参数重建后三维坐标的误差，根据误差修正所述标定参数，得到修正后的标定参数。

进一步地，还包括：

激光干涉仪，用于高精度测量不同位置的激光线图L3之间网格板的位移；

补光灯，所述补光灯与所述线激光3D相机发出的光源波长相同，用于在获取所述第一圆盘标定板图和所述第二圆盘标定板图时进行补光；

六轴机械臂，用于固定所述第一圆盘标定板，所述六轴机械臂带动所述第一圆盘标定板运动，从而使得线激光3D相机拍摄不同位姿的第一圆盘标定板图；

三轴微调平台，用于固定线激光3D相机，调整线激光3D相机的空间位置，包括：

拍摄不同距离的激光线图L3之前，调节所述三轴微调平台的第一轴，使激光线在图像中水平；

调节所述三轴微调平台的第二轴，使激光线和网格参考线斜率相同、激光线平行于网格参考线；

调节所述三轴微调平台的第三轴，使网格板无论是远离还是靠近相机，激光线与网格参考线之间的距离保持不变。

再一方面，基于同样的发明构思，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述的线激光3D相机系统全自动标定方法。

本发明的有益效果如下：

（1）设计专门用于线激光3D相机标定的装置并结合标定方法，能够快速并自动地完成线激光3D相机的标定；

（2）提出的线激光3D相机标定方法先计算初值，再对初值进行修正，提高了线激光3D相机的标定精度；

（3）全自动、快速的标定流程，不依赖人工操作，更适应于工业量产使用。

附图说明

图1是本发明实施例中的线激光3D相机系统全自动标定方法流程图；

图2是本发明实施例中的线激光3D相机系统全自动标定装置俯视图；

图3是本发明中垂直像面和倾斜像面的示意图；

图4是本发明实施例中网格板示意图。

图中：1-第一圆盘标定板；2-第二圆盘标定板；3-网格板；4-平台基底；5-三轴微调平台；6-线激光3D相机；7-补光灯；8-激光干涉仪；9-XY移动平台；10-动子；11-六轴机械臂。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提出了一种线激光3D相机全自动标定方法及装置，能够一键实现线激光3D相机所有标定过程，通过相对位置精确可知的网格板3上激光线3D坐标对标定参数进一步修正，得到最终的标定参数以及补偿参数用于三维重建。

线激光3D相机全自动标定装置的平台基底4上设置有XY移动平台9，用于带动动子10在XY方向移动；如图1所示，动子10上设置有相对位置已知的六轴机械臂11、第二圆盘标定板2、网格板3，其中六轴机械臂11上安装有第一圆盘标定板1，六轴机械臂11用于旋转圆盘标定板获得不同位姿第一圆盘标定板图。XY移动平台9对面设置有三轴微调平台5，三轴微调平台5上设置有待标定的线激光3D相机6，三轴微调平台5用于调节线激光3D相机6的空间位置。装置上还设置有补光灯7，位于XY移动平台9对面、线激光3D相机6的同侧，补光灯7用于关掉激光器之后拍摄图片的补光。还包括激光干涉仪8，在本实施例中激光干涉仪8设置于XY移动平台9对面、线激光3D相机6的相反一侧，用于得到XY移动平台9沿Y运动的精确距离，激光干涉仪8的位置不受本实施例的限制，只要能用于测量XY移动平台9在Y方向的位移即可。另外，本装置与上位机相连，通过上位机控制各个部分的开关和位移，并获取各部分采集的信息。

首先需要得到位置1、位置2和位置3的位置信息，位置1是线激光3D相机6能拍清六轴机械臂11上第一圆盘标定板1的位置，位置2是线激光3D相机6能拍清用于激光面标定的第二圆盘标定板2的位置，位置3是线激光3D相机6能拍清网格标定板的位置。平台上电复位时，XY移动平台9自动到达复位零点处，上述位置1、2、3根据复位零点进行定位。

本发明所述线激光3D相机全自动标定方法与流程，是指在提前固定好各模块相对位置的情况下，仅需一键就能完成线激光3D相机标定的全部过程，包括：沙姆相机标定、激光面标定。包括以下步骤：

步骤100、提前获取标定位置1、2、3，并通过激光干涉仪8调节XY移动平台9上网格板3的平行度，使得沿Y轴方向前后移动平台，网格板3反射的激光干涉仪8的光斑位置不变。

步骤200、平台上电复位，步骤100中的位置都是相对复位零点测量出来的。

步骤300、XY移动平台9移动到标定位置1，补光灯7打开，六轴机械臂11旋转，在每个旋转位置，线激光3D相机6自动曝光采集第一圆盘标定板图，最终获得不同位姿的第一圆盘标定板图。

步骤400、XY移动平台9移动到标定位置2，XY移动平台9沿Y轴方向在-y位置到+y位置之间采样n个位置，其中+y和-y是相对位置2为原点的位置，长度y和采样数n为预设值；在每个位置自动曝光拍摄激光线图L2以及第二圆盘标定板图，并且在每个位置，激光线均处在圆盘标定板两行圆盘之间。

步骤500、使用步骤400得到的激光线图L2以及第二圆盘标定板图，利用沙姆相机标定法标定沙姆相机，通过激光面拟合得到激光面方程，并得到激光面参数。

步骤600、XY移动平台9移动到标定位置3，利用步骤500所得标定参数，调三轴微调平台5的1轴使激光线两端Z坐标相同，使得激光线在图像中水平；调2轴使激光线和网格板3中网格参考线斜率相同，使得激光线平行于网格参考线；调3轴使得网格板3无论是远离还是靠近线激光3D相机6，激光线与其下方的一条网格参考线之间的距离保持不变。

步骤700、XY移动平台9的X轴方向在目标位置3不动，在Y轴方向从-z位置到+z位置采样2k+1个位置，其中0位置前后各采样k个位置，在每个位置自动曝光拍摄激光线打在网格板3上图片，即激光线图L3；其中-z和+z是相对于位置3为原点的位置，z和k为预设值，在移动过程中，激光干涉仪8精确测量网格板3的移动距离。

步骤800、在激光干涉仪8的帮助下网格板3上激光线相对位置3的坐标可以精确测量出来，利用激光线图L3对标定参数进行修正。

步骤900、完成线激光3D相机6的标定，得到最终的标定参数。

在上述步骤100中，网格板3是精度很高的漫反射平面，标定前的调节步骤如下：

S101、将高反射率高平面度的镜面薄片紧贴网格板3，沿Y轴方向前后移动XY移动平台9，使镜面薄片反射光斑位置不变。

S102、将XY移动平台9复位，将复位零点当作以后每次标定的零点，从零点开始调节XY移动平台9位置，找到合适的1、2、3标定位置。对于位置1，要求第一圆盘标定板1的初始位置在图像中清晰；对于位置2，要求XY移动平台9沿Y轴移动，激光线始终处在第二圆盘标定板2的两行圆盘之间；对于位置3要求网格板3尽量处在线激光3D相机6视野中间。第一圆盘标定板1、第二圆盘标定板2、网格板3的相对位置固定，因此调节好初始位置后，以后标定新的相机只需调节其中一个位置满足条件其余位置将自动满足条件。

至此，标定前的调节步骤完成。

在上述步骤300中，为了获得精度高的沙姆相机标定参数，需要获得不同位姿的多张第一圆盘标定板图片，并且要求每张图片的亮度基本相同，因此需要控制线激光3D相机6的曝光时间使得每个位姿下曝光时间不同，从而使得每张图片亮度基本一致，自动曝光算法步骤如下：

S301、设置灰度范围。

S302、采用自适应阈值分割将圆盘标定板提取出来，此时标定板上除黑色圆盘外的所有区域将被分为前景P，图像中其余所有区域将是背景B。

S303、计算P中所有像素均值，记为T1。

S304、为了防止图像中其他较亮区域也会被分为前景而造成的干扰，找到P中像素值大于T1的所有像素点，再次计算这些像素点的均值，记为T2，当T2在预先设置的灰度范围内时，表明该张图片亮度符合要求，曝光时间符合；若T2不在所述预设的灰度范围内，则调整曝光时间，直到所述T2在所述预设的灰度范围内。

至此，自动曝光拍图完成。

在上述步骤500中，需要先标定沙姆相机，包括相机内参C、外参O，畸变系数D，传感器倾斜角度A，具体步骤如下：

S501、采用张正友标定法获取初始相机内外参C、O和畸变系数D，剔除不能被检测的第一圆盘标定板图。

S502、找到第一圆盘标定板图中每个圆盘的中心点，通过倾斜像面与垂直像面的相互转化，采用最小二乘法不断迭代优化相机内参、畸变系数以及传感器倾角。

上述步骤S501和S502即为沙姆相机标定法，其中垂直像面是虚拟像面，与沙姆相机透镜面平行且成像中心过光轴，倾斜像面为实际成像像面，如图3所示。

S503、记录每一次迭代的每张图片的每个特征点的重投影误差。

S504、对每张图片中每个特征点处的误差进行降序排列，取前五个特征点的误差平均值E1，对每张图片的E1进行降序排列，选择E1最小的n张图片。

S505、对S504中的n张图片重复步骤502、503，选择平均误差最小的一次迭代的标定结果作为最终的标定结果，得到相机的内参C、畸变系数D和传感器倾斜角度A的初值。

至此，沙姆相机标定完成。

在上述步骤500中，还要对激光面进行标定，利用的是步骤400中每个位置处的激光线图L2以及第二圆盘标定板图，步骤如下：

S506、以当前第二圆盘标定板为参考建立世界坐标系，X和Y轴在圆盘标定板表面， Z轴与圆盘标定板垂直；提取圆盘标定板每个圆盘的中心点，记录其像素坐标

以及相对的世界坐标

。

S507、根据

、

、C、D采用PNP算法可求得当前第二圆盘标定板相对相机坐标系的旋转矩阵R和平移矩阵T。

S508、通过激光线提取算法提取激光中心线上的点P，并将P转换为垂直像面下的点坐标。由于激光线打在物体上会发散，并不是理论上的激光线，所以要采取激光线提取算法从物体上呈现的激光线上提取激光中心线，也就是理论上的没有任何发散的激光线。

S509、通过归一化的相机坐标与像素坐标之间的变换关系，根据R、T、C可求得激光线上每点的3D坐标。

S510、重复S506-S509计算每个位置处激光中心线上每点的3D坐标，然后通过SVD方法进行激光平面拟合，得到激光面方程，该激光面的平面方程由平面参数coeff=(a，b，c，d)表示。

S511、步骤S510得到的激光面是相机坐标系下的，需要进行旋转：采用罗德里格斯变换将激光面旋转到世界坐标系的XOZ面，并将激光面与Z轴交点平移到坐标系中心位置，得到旋转和平移向量rot_plane、t_plane，此时激光面上所有点3D坐标的Y坐标值均为0。

S512、在实际3D重建中，在步骤S511中旋转之前在像素坐标中有相同X坐标的激光中心线上的点，在旋转之后到世界坐标系中Z轴坐标要是相同的。在实际操作中，经过上步的旋转和平移操作后并不能保证一定相同，若不能解决此问题，则本发明的标定方法的标定精度难以保证。为解决此问题，本实施例中制作了一张横黑线图，横向只有一个像素，即X坐标全部相同，使用上述已得出的C、D、A、coeff、rot_plane、t_plane，通过坐标变换公式重建黑线点3D坐标，根据其X和Z坐标计算黑线与X轴的夹角y_rot，然后将激光面再次绕着Y轴旋转y_rot角度，得到最终的旋转和平移向量（rot_vec，t_vec），该方法可以很好地使旋转之前在像素坐标中有相同X坐标的激光中心线上的点，在旋转之后在世界坐标中的Z轴坐标是相同的，在实际使用过程中效果较好。

至此，激光面标定完成。

在上述步骤600中，涉及三轴微调平台5的调整，其目的是后面拍摄的网格板3激光线图中各激光线之间平行，并且远离和靠近线激光3D相机6时，激光线始终打在网格板3上同一位置，具体实施步骤与方法如下：

S601、调三轴微调平台5的1轴：提取激光线在网格标定板上中心线的坐标，通过标定参数得到其3D坐标（X、Y、Z），此时Z坐标可能是不同的，而网格板3的平面度很高，我们的目标就是将激光线上每点的Z坐标调节为相同。因此在激光线两端各找一段区域，计算Z均值得到Z₁和Z₂，以及两区域的X坐标中心X₁和X₂，此时可计算偏移角度

，控制1轴电机旋转此角度，并重复上述过程，直到Z₁和Z₂差值足够小，至此1轴调节完成。

S602、找到激光线上方一条网格参考线：需要先找到激光线，然后向上截取一段区域ROI。对ROI，由于远离激光线的区域较暗，需要先进行灰度拉伸，使得上下灰度基本相同，接着对整个ROI取反。然后通过一个大小为b*b的十字核进行卷积，并将灰度值归一化到0-255之间，此时网格板3黑线相交区域是比较亮的，可通过阈值提取出网格线交点，然后对当前提取到的所有交点进行直线拟合，得到激光线上方网格参考线。

S603、调2轴：此时已得到激光线斜率k₁和网格参考线斜率k₂，根据下式

可求得2轴需要旋转的角度，重复上述过程，直到激光线与网格参考线之间斜率差值足够小，至此2轴调节完成。

S604、调3轴：目标是前后移动网格板3使得激光线和上方网格参考线之间距离保持不变，但是网格板3远离和靠近线激光3D相机6时，即使激光线与网格线之间距离不变，其在两幅图像中的像素距离也是会改变，因此通过水平投影找到两条网格线之间的像素距离，得到远离和靠近相机时像素距离d₁和d₂，计算竖直方向变化比例d₁/d₂，然后将靠近相机时两线之间像素距离乘上该比例可得到远离和靠近相机一段距离d时两线距离s₁和s₂，此时可计算偏移角

，控制3轴旋转此角度，直到两线距离之差足够小，至此3轴调节完成。

至此微调三轴微调平台5的1、2、3轴完成。

在步骤800中，需要根据网格板3上激光线的三维坐标再次对标定参数进行修正，具体修正步骤如下：

S801、通过激光中心线提取算法得到激光线图L3中激光中心线上每一点坐标，利用标定参数C、A、D、coeff、rot_vec、t_vec，通过坐标变换公式可求得其激光中心线上每一点3D坐标（X，Y，Z），并且由步骤S511可知Y=0；由步骤700可知，在Y轴方向从-z位置到+z位置采样2k+1个位置，其中0位置前后各采样k个位置，选择位置0处的图片，计算其激光中心线 3D坐标，并在X轴方向随机选择m个点，计算每个点左右2mm内Z坐标均值

。

S802、选择位置i处的激光图像，按照S801中方法可得

，此时可得到需要修正的目标函数：

其中

表示第i个位置的激光图第j个采样点处的y坐标，

为可调的比例系数，为了使用修正后的参数计算得到的3D坐标中Y坐标不为0，因此需要对每一次迭代的结果加一项Y坐标约束。得到目标函数后，则使用目标函数对标定参数C、A、D、coeff、rot_vec、t_vec 进行修正，本实施例采用最小二乘法进行标定参数的修正，得到修正后的标定参数。

至此利用网格板3上激光线3D坐标对标定参数进行修正完成。

上述的修正过程通过已经得到的标定参数来检验重建后的坐标误差，再通过误差构建了一个目标函数反过来修正标定参数，与背景技术中的优化技术原理不同，本发明中的修正是直接针对误差的修正，目标是最大限度地消除误差，且更好地与硬件结合，在激光干涉仪8的高精度辅助下，得到合适的标定结果。

上述步骤通过上位机与标定装置的电控系统连接可快速完成标定过程并得到标定结果，避免了人工标定的繁琐过程，且标定结果更加准确。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一个程序数据，该程序数据用于实现上述任一线激光3D相机系统全自动标定方法。计算机可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种线激光3D相机系统全自动标定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的线激光3D相机系统全自动标定方法，其特征在于，还包括：

所述自动曝光算法包括：

3.根据权利要求1所述的线激光3D相机系统全自动标定方法，其特征在于，所述获取第二圆盘标定板到线激光3D相机不同距离的第二圆盘标定板图和激光线图L2，包括：

4.根据权利要求1所述的线激光3D相机系统全自动标定方法，其特征在于，所述获取网格板到线激光3D相机不同距离的激光线图L3，包括：

5.根据权利要求1所述的线激光3D相机系统全自动标定方法，其特征在于，所述利用所述第一圆盘标定板图标定线激光3D相机，得到内参、畸变系数和传感器倾斜角度，包括：

6.根据权利要求1所述的线激光3D相机系统全自动标定方法，其特征在于，所述利用所述激光线图L2和第二圆盘标定板图进行激光面标定，得到激光面参数、激光面相对相机坐标系的旋转向量和平移向量，包括：

7.根据权利要求1所述的线激光3D相机系统全自动标定方法，其特征在于，所述利用所述激光线图L3检验使用标定参数重建后三维坐标的误差，根据误差修正所述标定参数，得到修正后的标定参数，包括：

根据所述修正目标函数修正标定参数。

8.一种线激光3D相机系统全自动标定装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的线激光3D相机系统全自动标定装置，其特征在于，还包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的线激光3D相机系统全自动标定方法。