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结构光视觉测量原理图

 

 

我们不考虑镜头的畸变，将相机的成像模型简化为小孔成像模型，则特征点的图像坐标Pf 与其在摄像机坐标系下的三维坐标P 之间的关系可表示为：

 

 

其中：（u,v）是特征点的图像坐标，（u0,v0） 光轴中心的图像坐标，（kx ky ）是X 轴，Y 轴方向的放大系数，（xc yc zc） 是特征点在摄像机坐标系下坐标，  Mc 是摄像机内参数矩阵。

 

结构光视觉投影成像模型：

 

 

设结构光在摄像头坐标系的平面方程为：

 

 

依据激光条纹特征点图像坐标就可以得到其在摄像机坐标系下的三维坐标

 

 

相机参数标定：

 

采用张正友提出的基于2D平面棋盘格的摄像机标定方法，利用Matlab摄像头标定工具完成相机参数的标定。

 

摄像机标定工具箱主窗口：

 

 

用于摄像机标定的棋盘格图像：

 

 

相关参考文献可以查看张正友的论文：

 

Zhang Z. A flexible new technique for camera calibration[J]. IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence, 2000, 22(11): 1330-1334.

 

得到摄像机内参数矩阵：

 

 

结构光平面参数标定：

 

首先，激光器投射结构光平面到平面棋盘格上形成激光条纹，并通过CCD 摄像机采集激光条纹图像。然后，对图像进行处理，提取激光条纹上的两个特征点?？刂苹魅税凑找欢ǖ脑际性硕?，从一个标定位置移动到另一个位置，从而产生两条不共线的激光条纹，利用上述相同的图像处理方法再次提取激光条纹上的两个特征点。最后，利用结构光平面上的四个点来确定结构光平面方程参数。该方法可以在摄像机参数标定过程中，同时完成结构光平面方程参数的标定。同时，该方法不需要加工高精度的三维标定靶标，也不需要手工测量，标定过程简单实用。

 

试验装备：

 

一个六自由度机器人，一个CCD 工业摄像机，一个激光器和一个平面棋盘格靶标。

 

结构光平面参数标定系统示意图：

 

 

摄像机坐标系位于摄像机中心，而世界坐标系位于平面棋盘格靶标上。一个特征点在摄像机坐标系下坐标与其在世界坐标系下坐标之间的对应关系可以用下式来表达：

 

 

标定过程如下：

 

（1）图像获?。?/div>