结构光视觉传感器标定方法研究

“结构光视觉传感器通用现场标定方法”是一篇关于使用平面靶标对结构光视觉传感器进行标定的科研论文，由孙军华、张广军、刘谦哲和杨珍共同撰写，发表于2009年3月的《机械工程学报》上。 结构光视觉传感器是光学测量和机器视觉领域中的重要设备，它通过投影结构光（如条纹或点阵）到被测物体表面，并结合相机捕获的图像来获取三维信息。在实际应用中，为了确保测量精度，传感器必须进行标定，以校正系统误差并建立真实世界坐标与图像坐标之间的准确对应关系。 论文提出的通用现场标定方法主要包含以下几个关键步骤： 1. 建立数学模型：首先，需要建立一个适用于各种类型结构光视觉传感器的通用数学模型。这个模型能够描述结构光的投影方式、相机的成像过程以及它们之间的关系。 2. 平面靶标设计：使用平面靶标作为标定工具，靶标上的特征点可以是精确已知的点、线或标记。这些特征点在测量空间中的位置和在图像中的像素坐标是标定的基础。 3. 多位置摆放：将靶标在测量空间的不同位置多次随机放置，这样可以捕获到更全面的视角，以覆盖传感器可能遇到的各种工作场景。 4. 特征点匹配：通过算法识别靶标上的特征点，并在图像中找到对应的像素点。这一步骤涉及到图像处理和特征检测技术，例如角点检测或边缘检测。 5. 坐标系转换：利用这些匹配的点对，可以求解靶标坐标系到摄像机坐标系的转换矩阵，这是标定的核心问题。这通常通过最小二乘法或其他优化算法实现。 6. 同射变换计算：通过分析靶标平面与图像平面的同射变换，可以推算出结构光在靶标坐标系下的标定点坐标，并统一到摄像机坐标系下。 7. 结构光方程拟合：基于上述计算结果，可以拟合出描述结构光的方程，这将用于后续的三维重建或测量任务。 8. 标定精度评估：通过实验验证，作者证明了这种方法具有较高的标定精度，适用于点、线、曲面等各种模式的结构光视觉传感器的现场标定。 这种方法的优点在于其通用性，能够适应不同类型的结构光传感器，且标定效率高，简化了现场标定的过程，提高了系统的实用性。对于需要高精度测量的工业自动化、机器人导航、三维重建等领域，这种标定方法具有重要的应用价值。