CN116295021B - 一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法 - Google Patents
一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116295021B CN116295021B CN202310596363.5A CN202310596363A CN116295021B CN 116295021 B CN116295021 B CN 116295021B CN 202310596363 A CN202310596363 A CN 202310596363A CN 116295021 B CN116295021 B CN 116295021B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- camera
- focal length
- model
- imaging principle
- laser
- 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
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法，包括S1：基于针孔成像原理的系统结构，建立相机焦距第一模型；S2，基于凸透镜成像原理的系统结构，建立相机焦距第二模型；S3：结合相机焦距第一模型和相机焦距第二模型，在针孔成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系；S4：结合相机焦距第一模型和相机焦距第二模型，在凸透镜成像原理的系统结构，计算相机与激光投射器之间的位置关系。该发明相比于现有技术中凭经验调整的方式方法，可以能够直接计算出激光投射器与工业相机之间的最佳位置关系，提高扫描精度和数据处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及视觉测量技术领域，具体涉及一种基于单目线结构光三维扫描系统的工业相机与激光投射器位置关系计算方法。
背景技术
单目线结构光三维扫描系统包含一个相机和一个激光投射器，结构光就是通过投射器投射到被测物体表面的主动结构信息，如激光条纹、格雷码、正弦条纹等；然后，通过单个或多个相机拍摄被测表面即得结构光图像；最后，基于三角测量原理经过图像三维解析计算从而实现三维重建。
对于单目线结构光三维扫描系统而言，系统结构的准确设计是实现三维扫描，确保扫描精度，提高扫描效率的前提。其中，关系到系统结构是否准确的关键在于激光投射器与工业相机的几何位置关系，在实现扫描的过程中，工业相机与激光投射器的不同位置、不同角度导致采集得到的激光线在靶标图像中的位置不同。
在实际测量中，由于工业相机零部件的加工和装配存在误差，在图像坐标系中，空间点的实际二维像素点与理想像素点坐标之间存在光学畸变误差，为了消除该误差，专利号为CN206740073U的现有技术中发明了一种可调相机间距和角度的结构光测量实验装置，该装置通过分体式的可调结构，实现了激光投射器与工业相机之间相对位置关系的调整，但是，由于没有明确的计算方法，只能不断“试错”，无法快速获得最准确的位置关系。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法，能够直接计算出激光投射器与工业相机之间的最佳位置关系。
本发明公开了如下技术方案：
本发明实施例提供了一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤S1：基于针孔成像原理的系统结构，建立相机焦距第一模型；
步骤S2，基于凸透镜成像原理的系统结构，建立相机焦距第二模型；
步骤S3：结合相机焦距第一模型和相机焦距第二模型，在针孔成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系；
步骤S4：结合相机焦距第一模型和相机焦距第二模型，在凸透镜成像原理的系统结构，计算相机与激光投射器之间的位置关系。
进一步的，所述的方法还包括：
步骤S5：基于采集的工件幅面与相机相距，选取相机与激光投射器之间位置关系的最佳计算公式。
进一步的，步骤S1中，建立相机焦距第一模型的具体方法为：
定义针孔成像原理的系统结构参数；
建立相机焦距第一模型，其中，/>为相机焦距，/>为相距，/>为工业相机与工件距离，/>为需要检测的工件幅面长度或宽度。
进一步的，步骤S2中，建立相机焦距第二模型的具体方法为：
定义凸透镜成像原理的系统结构参数；
建立相机焦距第二模型，其中，/>为相机焦距，/>为相距，/>为工业相机与工件距离，/>为需要检测的工件幅面长度或宽度。
进一步的，步骤S3的具体计算过程为：
在凸透镜成像原理的系统结构中，计算出 ；
在针孔成像原理的系统结构中，计算出 ；
利用数值相等得到/>；
在针孔成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系为。
进一步的，步骤S4的具体实现过程为：
在凸透镜成像原理的系统结构中，分别计算出 以及/> ；
利用数值相等得到/>；
在凸透镜成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系为。
进一步的，步骤S5的实现过程为：
当采集的工件幅面远大于相距时，即，此时/>，采用/>来计算相机与激光投射器之间的位置关系，否则，采用/>来计算相机与激光投射器之间的位置关系。
本发明的有益效果：
相比于现有技术中结合经验不断调整的方法，本申请结合针孔成像原理的系统结构和凸透镜成像原理的系统结构，建立了两种系统结构下的相机焦距模型，并在此基础上分别计算出两种模型体系下相机与激光投射器之间的准确位置关系，结合此位置关系的计算公式，即可针对不同的相机和工件位置关系选取最佳的计算公式，有效提高扫描精度，弱化相机畸变对系统精度的影响，提高数据处理效率。
附图说明
图1为本发明方法实施例的流程图；
图2为本发明针孔成像原理的系统结构示意图；
图3为本发明凸透镜成像原理的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。
如图1所示，本发明提供了一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤S1：基于图2所示的针孔成像原理的系统结构，建立相机焦距第一模型。
参见图2可知，针对针孔成像原理的系统结构，其具体参数设置为：工业相机与激光器的距离为，工业相机与工件距离为/>，需要检测的工件幅面长度或宽度为/>，相机焦距为/>，工业相机光心轴线与激光器投射出的平面的夹角设为/>，工业相机幅面夹角的一半设为/>，相距/>，/>。
由△AOB～△EOF得：，代入上述参数后得到/>，变形得到相机焦距第一模型为：/>。
步骤S2，基于图3所示的凸透镜成像原理的系统结构，建立相机焦距第二模型。
参见图3可知，针对凸透镜成像原理的系统结构，其具体设置为：凸透镜中心为，光线/>、/>经光的折射后与过镜头中心点的/>汇聚于点/>，过/>点作平行线与过光轴中心的线段/>的延长线交于点/>，/>点到右侧图像传感器平面的距离是b，并设/>，设相距为/>,/>，工业相机与激光器的距离为/>，工业相机与工件距离为/>，需要检测的工件幅面长度或宽度为/>，相机焦距为/>，工业相机光心轴线与激光器投射出的平面的夹角设为/>，工业相机幅面夹角的一半设为/>。
相机焦距第二模型的建立过程为：
由△AOB～△MON得：，即：/>；
由△AEB～△CEO得：；
由光的直线传播得：；
则可转化为：/>，即/>；
由此可得出：；
求解即可得出/>。
步骤S3：结合相机焦距第一模型和相机焦距第二模型，在针孔成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系。
结合附图2和附图3，步骤S3的具体实现过程为：
在图3所示的△MON中，得到；
在图2所示的△AOB中，得到；
利用数值相等得到/>；
在图2所示的△DOF中，代入的计算公式可知，/>。
步骤S4：结合相机焦距第一模型和相机焦距第二模型，在凸透镜成像原理的系统结构，计算相机与激光投射器之间的位置关系。
结合附图2和附图3，步骤S4的具体实现过程为：
在图3所示的△AOB中，；
在图3中，由△AEB～△CEO可得，，则/>；
由此可得；
在图3所示的△MON中，；
利用数值相等得到/>；
相机与激光投射器之间的位置关系为。
步骤S5：基于采集的工件幅面与相机相距，选取相机与激光投射器之间位置关系的最佳计算公式。
利用步骤S中计算出的公式继续变换得到，若采集的工件幅面远大于相距，则/>可忽略不计，/>，可用公式/>计算，提高效率，否则，采用/>来计算，精度更高。
相机的型号确定后相距确定，/>为工件幅面大小，即实际需要扫描的实际物体大小，需要提前确认。相机的型号确定后，相机焦距/>确定，即可根据实际需求调节相机与激光器距离与角度。
需要注意的是，调整相机安装位置时，使相机大像素对应物体的长度或宽度较大的位置，从而使采集得到靶标图像上的激光数据在大像素方向，在同样距离下可扫描得到尽可能大的工件。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明的具体结构，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (1)
1.一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
步骤S1：基于针孔成像原理的系统结构，建立相机焦距第一模型；
步骤S2，基于凸透镜成像原理的系统结构，建立相机焦距第二模型；
步骤S3：结合相机焦距第一模型和相机焦距第二模型，在针孔成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系；
步骤S4：在凸透镜成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系；
步骤S5：基于采集的工件幅面与相机相距，选取相机与激光投射器之间位置关系的最佳计算公式；
步骤S1中，建立相机焦距第一模型的具体方法为：
定义针孔成像原理的系统结构参数；
建立相机焦距第一模型为：，其中，/>为相机焦距，/>为相距，/>为工业相机与工件距离，/>为需要检测的工件幅面长度或宽度；
步骤S2中，建立相机焦距第二模型的具体方法为：
定义凸透镜成像原理的系统结构参数；
建立相机焦距第二模型为：，其中，/>为相机焦距，/>为相距，/>为工业相机与工件距离，/>为需要检测的工件幅面长度或宽度；
步骤S3的具体计算过程为：
在凸透镜成像原理的系统结构中计算，得到/> ；
在针孔成像原理的系统结构中计算，得到/> ；
利用数值相等，得到/>；
基于上述等式，在针孔成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系为；
步骤S4的具体实现过程为：
在凸透镜成像原理的系统结构中，利用不同的夹角，计算出两个的值，分别为 以及/> ；
利用数值相等，得到/>；
基于上述等式，在凸透镜成像原理的系统结构中，计算相机与激光投射器之间的位置关系为；
步骤S5的实现过程为：
当采集的工件幅面远大于相距时，采用来计算相机与激光投射器之间的位置关系，否则，采用/>来计算相机与激光投射器之间的位置关系；
为工业相机与激光器的距离；
工业相机光心轴线与激光器投射出的平面的夹角设为，工业相机幅面夹角的一半设为/>。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310596363.5A CN116295021B (zh) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310596363.5A CN116295021B (zh) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116295021A CN116295021A (zh) | 2023-06-23 |
| CN116295021B true CN116295021B (zh) | 2023-07-28 |
Family
ID=86834531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310596363.5A Active CN116295021B (zh) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116295021B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109696158A (zh) * | 2018-05-05 | 2019-04-30 | 福建汇川物联网技术科技股份有限公司 | 距离测量方法、距离测量装置和电子设备 |
| CN110361092A (zh) * | 2018-04-11 | 2019-10-22 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种图像配准方法、装置及热成像摄像机 |
| CN112671993A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 北京千寻未来科技有限公司 | 信息获取装置、可展平柔性扫描仪和信息获取方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001027580A (ja) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Canon Inc | レンズの透過偏心測定方法及び装置 |
| JP2005010549A (ja) * | 2003-06-20 | 2005-01-13 | Noriji Ooishi | 立体像撮影装置と表示装置 |
| US10412365B2 (en) * | 2015-09-22 | 2019-09-10 | Purdue Research Foundation | Calibration arrangement for structured light system using a tele-centric lens |
| CN105241381A (zh) * | 2015-10-09 | 2016-01-13 | 中国水产科学研究院东海水产研究所 | 拖网模型网口测量方法 |
| CN106595516B (zh) * | 2016-11-29 | 2019-11-05 | 江苏瑞伯特视觉科技股份有限公司 | 一种基于定焦镜头的大景深结构光测量方法 |
| CN107622514B (zh) * | 2017-09-30 | 2020-10-16 | 常州工学院 | 摄像机凸镜模型自主标定方法 |
| CN109727290B (zh) * | 2018-12-26 | 2022-09-06 | 南京理工大学 | 基于单目视觉三角测距法的变焦相机动态标定方法 |
| CN109489620B (zh) * | 2019-01-12 | 2020-12-25 | 内蒙古农业大学 | 一种单目视觉测距方法 |
| CN111161358B (zh) * | 2019-12-31 | 2022-10-21 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 一种用于结构光深度测量的相机标定方法和装置 |
| CN113379910B (zh) * | 2021-06-09 | 2023-06-02 | 山东大学 | 基于slam的移动机器人矿山场景重建方法及系统 |
| CN116012455A (zh) * | 2021-10-21 | 2023-04-25 | 华为技术有限公司 | 一种相对位置关系确定方法、结构光成像方法及相关系统 |
| CN114022565A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 虹软科技股份有限公司 | 用于显示设备的对齐方法及对齐装置、车载显示系统 |
| CN114964007A (zh) * | 2022-06-03 | 2022-08-30 | 哈尔滨理工大学 | 一种焊缝尺寸视觉测量与表面缺陷检测方法 |
-
2023
- 2023-05-25 CN CN202310596363.5A patent/CN116295021B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110361092A (zh) * | 2018-04-11 | 2019-10-22 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种图像配准方法、装置及热成像摄像机 |
| CN109696158A (zh) * | 2018-05-05 | 2019-04-30 | 福建汇川物联网技术科技股份有限公司 | 距离测量方法、距离测量装置和电子设备 |
| CN112671993A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 北京千寻未来科技有限公司 | 信息获取装置、可展平柔性扫描仪和信息获取方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116295021A (zh) | 2023-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107121109B (zh) | 一种基于前镀膜平面镜的结构光参数标定装置及方法 | |
| CN110296667B (zh) | 基于线结构光多角度投影的高反射表面三维测量方法 | |
| CN106548489B (zh) | 一种深度图像与彩色图像的配准方法、三维图像采集装置 | |
| JP5132832B1 (ja) | 計測装置および情報処理装置 | |
| JP4873485B2 (ja) | 多数の基準面を用いた形状計測方法および形状計測装置 | |
| CN109727290B (zh) | 基于单目视觉三角测距法的变焦相机动态标定方法 | |
| JP6067175B2 (ja) | 位置測定装置及び位置測定方法 | |
| TWI731443B (zh) | 判斷表面尺寸資訊的點雲合併方法 | |
| Li et al. | Large depth-of-view portable three-dimensional laser scanner and its segmental calibration for robot vision | |
| CN110827360B (zh) | 一种光度立体式测量系统及其标定光源方向的方法 | |
| CN107941153B (zh) | 一种激光测距优化标定的视觉系统 | |
| JP2010032260A (ja) | 光学系歪補正方法および光学系歪補正装置 | |
| Legarda et al. | A new method for Scheimpflug camera calibration | |
| JP2017098859A (ja) | 画像のキャリブレーション装置及びキャリブレーション方法 | |
| CN116295021B (zh) | 一种单目线结构光系统中相机与激光器位置关系计算方法 | |
| CN110428471B (zh) | 一种针对光学自由曲面子孔径偏折测量的精确自定位方法 | |
| CN114993207B (zh) | 基于双目测量系统的三维重建方法 | |
| CN113160393B (zh) | 基于大景深的高精度三维重建方法、装置及其相关组件 | |
| CN115439541A (zh) | 用于折射成像系统的玻璃方位标定系统及方法 | |
| CN110346117B (zh) | 一种鱼眼镜头超宽视场下光斑高精度定位方法 | |
| CN210154537U (zh) | 一种基于数字摄影的金属结构变形测量装置 | |
| CN110706292A (zh) | 一种基于机器视觉的二维工作台误差自标定方法 | |
| JP2006330772A (ja) | 撮影画像における歪曲収差補正方法 | |
| CN113251944B (zh) | 一种基于单圆柱靶的线结构光视觉传感器校准方法及装置 | |
| JP2014235063A (ja) | 情報処理装置および情報処理方法 |
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 |