一种基于激光线扫描的多相机外参标定装置及方法与流程

本发明涉及相机标定，尤其是一种基于激光线扫描的多相机外参标定装置及方法。

背景技术：

1、在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数，在大多数条件下这些参数(内参、外参、畸变参数)必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定；无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性，因此，做好相机标定是做好后续工作的前提；

2、现有直接的方法主要通过四点标定法对相机外参进行标定，在单个相机图像视野范围内放置四个标定点，拍照后获取四个标定点的像素坐标以及世界坐标，如果需要检测的范围比较大，则需要多次多个范围移动相机进行拍照，操作繁琐复杂，在获取标定点的世界坐标的过程中，现有技术若使用卷尺直接测量，误差较大，无法精确的获知标定点的世界坐标；现有间接的做法，可以通过前道数控划线工序，使用数控划线机在模台上画出特定图形，再将模台移动到检测工位，定位后使用相机对特定图形的角点拍照，从而获取四个角点的像素坐标和世界坐标，但是这种做法涉及不同工位，因此存在重复定位误差，以及数控划线机自身的划线误差。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中对相机外参标定误差大，操作复杂的缺陷，本发明提出了一种基于激光线扫描的多相机外参标定装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

3、一种基于激光线扫描的多相机外参标定装置，包括：移动扫描组件、相机拍摄组件以及立体标定组件；移动扫描组件用于对整个模台进行扫描获取点云数据，相机拍摄组件用于对模台进行拍摄获取图像数据，立体标定模块用于对位置进行标识；

4、所述相机拍摄组件包括设置在模台上的支撑架，所述支撑架上设置有相机，所述相机至少设置为两个，所述相机在模台上的拍摄范围为矩形，且两个相机在模台上的拍摄范围具有重合部分；

5、所述立体标定组件包括标定块，标定块设置在各个相机的矩形拍摄范围的四角；

6、所述移动扫描组件包括移动架，所述移动架沿模台长度方向滑动，且移动架沿模台的宽度方向布置，所述移动架上设置有线形激光器，所述线形激光器沿着移动架长度方向即模台宽度方向滑动。

7、优选的，所述标定块的一面设置有相互垂直且等分的刻度线，交叉点为刻度零点，所述标定块的另一面的中心位置设置有吸铁石，所述吸铁石与模台相吸。

8、本发明还提出了一种基于激光线扫描的多相机外参标定方法，采用所述的多相机外参标定装置实现，所述标定方法包括：

9、s1：利用相机对模台进行拍照，获取带有标定块的图像数据，通过图像数据获取每个标定块的像素坐标；

10、s2：利用线形激光器对模台移动扫描，获取带有标定块的点云数据，通过点云数据获取每个标定块的世界坐标；

11、s3：对每个标定块的像素坐标与世界坐标进行对比，获取相机外参的标定结果。

12、优选的，步骤s1中，将所有相机同时进行拍照，获取相应位置的图像数据，将获取到的图像数据输入到画图软件，获取图像中每个标定块的像素坐标。

13、优选的，步骤s2中，首先将模台的左下角点设置为世界坐标系的坐标原点，然后利用线形激光器对模台进行扫描，获取带有标定块的点云数据，最后将点云数据输入到点云处理软件获取每个标定块的世界坐标。

14、优选的，在步骤s3中，对每个标定块的像素坐标与世界坐标进行对比，获取相机外参的标定结果，包括：

15、s31：将标定块的像素坐标标记为m＝[u v]t、世界坐标标记为m＝[x y z]t；

16、s32：基于标定块的像素坐标以及世界坐标，获取标定块的增广像素坐标增广世界坐标其中，增广像素坐标为在像素坐标的末尾增加元素1，增广世界坐标为在世界坐标的末尾增加元素1；

17、s33：基于标定块的增广像素坐标和增广世界坐标，获取标定块的像素坐标和世界坐标之间的最简关系：

18、

19、其中，s为比例因子，h为单应矩阵，单应矩阵为利用一定的控制点，解算出两幅影像像点坐标之间的变换矩阵；

20、s34：基于标定块的像素坐标和世界坐标，获取得到单应矩阵h；

21、s35：获取相机内参a，基于公式η＝a[r1 r2 t]得到相机外参[r1 r2 t]。

22、优选的，在步骤s33中，所述获取标定块的像素坐标和世界坐标之间的最简关系包括：

23、s331：设置标定块的增广像素坐标与增广世界坐标之间的联系为即其中，a为相机内参，[r t]为相机外参，[r t]包括[r1 r2 r3t]；

24、s332：将待标定平面在世界坐标系中的z坐标置为0，对s331中的公式进行化简：

25、s333：将a[r1 r2 t]用单应矩阵h进行标记，获取得到所述标定块的像素坐标和世界坐标之间的最简关系

26、优选的，在步骤s34中，基于标定块的像素坐标和世界坐标获取得到单应矩阵h包括：

27、s341：将标定块的像素坐标和世界坐标，带入步骤s333中的标定块的像素坐标和世界坐标之间的最简关系，得到方程组：

28、

29、其中，i为第i个方程，i＝1,2,...n，n为方程组数量即标定块数量,n大于等于4，ui,vi,xi,yi对应的是第i个标定块的像素坐标和世界坐标；

30、s342：判断方程组数量，当方程组数量为4时，对方程组进行求解获取单应矩阵h，当方程组数量大于4时，使用最小二乘拟合获取单应矩阵h。

31、本发明的优点在于：

32、(1)本发明采用线形激光器一次性获取整张模台以及所有标定块的点云数据，使得后续可以对多个相机进行一次性标定，操作方便快捷，误差小。

33、(2)本发明将模台上方设置多个相机对模台进行图像采集，相比于以往设置一个相机进行多次多方位拍照，本发明可以同时一次性标定多个相机，避免了多次拍照产生的像素跳动误差和重复定位误差。

34、(3)本发明的多相机外参标定方法可以一次性实现多个相机的图像采集以及实现多个相机一次性进行外参标定，减少了工作人员的工作量，提升了相机外参标定的效率。

35、(4)本发明在模台上对于每个相机的拍照范围的四角设置标定块，两个相机在模台上的拍摄范围具有重合部分，为后期对标定结果进行验证提供便捷。

36、(5)本发明的标定块一面设置有相互垂直且等分的刻度线，交叉点为刻度零点，标定块的另一面的中心位置设置有吸铁石，所述吸铁石与模台相吸，使得标定块放置在模台上不易滑动，刻度线与吸铁石提高了相机标定的准确性。

37、(6)本发明的利用标定块的像素坐标以及世界坐标对多个相机进行外参标定，提升了相机外参标定的速度。