(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210946481.X (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市河北 大街西 段438号 (72)发明人 李艳文　刘建鑫　霍伟豪　庚士涵　 栗智民　彭宏鑫　杨毅　王登奎　 王华玮　程凯　罗子茂　姜森威　 刘子轩　陈念龙　张政　徐宗国　 (74)专利代理 机构 北京孚睿湾知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11474 专利代理师 刘翠芹 (51)Int.Cl. G06T 7/80(2017.01) G06T 7/73(2017.01)G06T 5/30(2006.01) G06T 7/68(2017.01) G06T 7/66(2017.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 基于平面靶标的十 字结构光标定方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于平面靶标的十字结 构光标定方法， 其包括采集投射于平 面靶标上的 交叉激光条纹图像， 提取出激光条纹中心点， 剔 除位于平面靶标特征点边缘处的激光条纹中心 点， 使用图像矩提取交叉激光条 纹交点在图像中 的位置， 将交点引入直线拟合过程， 进行直线拟 合以剔除偏 离拟合直线较远的激光条纹中心点。 最后通过相机标定获得相机标的内部参数和外 部参数， 计算多幅图像上激光条 纹中心点的三维 坐标， 进行光平面拟合， 完成十字结构光的标定。 本发明通过剔除靠近平面靶标特征点边缘的激 光条纹中心点， 并将交叉激光条 纹交点引入至十 字结构光标定过程中， 有效提高了十字结构光的 标定精度。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 115409899 A 2022.11.29 CN 115409899 A 1.一种基于平面靶标的十 字结构光标定方法， 其特 征在于， 其具体步骤如下： S1、 获取图像： 通过相机获取P组不同位姿的平面靶标的图像， 并进行存储， 每一组图像 包括一张带有激光条纹的平面靶标图像和一张不带激光条纹的平面靶标图像； S2、 对P张带有激光条纹的平面靶标图像提取激光条纹中心点并进行第 一次筛选： 对步 骤S1得到的P组图像每一组图像中的两张图像进 行图像处理后得到P张图像， 使用图像轮廓 提取和膨胀 处理的方法， 剔除图像中靠近平面靶标特征点边缘的激光条纹中心点， 对提取 的激光条纹中心点进行第一次筛选， 剔除P张图像位于平面靶标特征点轮廓上 的激光条纹 中心点， 得到P张图像的两个激光条纹中心点 集； S3、 通过直线拟合对激光条纹中心点进行第二次筛选： 以满足相交判据为遍历终点对 步骤S2筛选后的每张图像中的两条交叉激光条纹的中心点进行遍历以获得两条交叉激光 条纹交点的所在区域， 之后通过图像矩计算两条激光条纹交点的精确 位置， 将该交点以及 步骤S2得到的两个中心点集作为直线拟合的输入， 进 行直线拟合并保留每张图像中的每条 激光条纹中心线拟合效果最好时选取的两个点， 并将 每张图像中被保留的四个点形成四个 新的点集； 其具体包括以下步骤： S31、 将步骤S2第一次筛 选后P张图像中的激光条纹中心点 坐标表示 为： 其中， p表示不同图像的序号， pointsp， 1， i表示第p张图像中第一激光器投射至平面靶标 上的第i个激光条纹中心点， ui和vi分别表示pointsp， 1， i在图像中的横坐标和纵坐标， Ns为 该激光条纹上中心点的总数； pointsp， 2， j表示第p张图像中第二激 光器投射至平面靶标上的 第j个激光条纹中心点， uj和vj分别表示pointsp， 2j在图像中的横坐标和纵坐标， Ms为该激光 条纹上中心点的总数， 若线段pointp， 1， ipointp， 1， i+1和线段pointp， 2， jpointp， 2， j+1相交， 则满 足如下相交判据： 通过对pointsp， 1， i、 pointsp， 2， j两个中心点序列循环查找， 直到满足上述相交判据， 确定 此时i和j的数值， 之后计算每张图像中平面靶标上两条激光条纹交点A的初步位置 pointp， A， 0： 其中， uA0和vA0分别表示Po intp， A， 0在图像中的横坐标和纵坐标。 S32、 计算每张图像中交点A的准确坐标： 得到交点A的初步位置pointp， A， 0后， 以 pointp， A， 0为中心、 W为宽度在图像中提取得到区域V， 计算区域V的零阶图像矩和一阶图像 矩， 最终得到该区域的灰度中心， 即交点A的准确坐标po intp， A； 零阶矩： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115409899 A 2一阶矩： pointp， A＝[uA， vA， 1]T 其中， I、 J分别为该区域V内的行序列数和列序列数， V(I， J)是该区域V内第I行第J列的 像素值， M10和M01分别为图像一阶矩的两个分量， uA为灰度中心的横坐标， vA为灰度中心的纵 坐标； S33、 使用Ransac算法， 利用每张图像中经步骤S2筛选后的两个激光条纹中心点集 pointsp， 1， i、 pointsp， 2， j和交点A的准确坐标pointp， A进行每张图像中两条激光条纹中心线 的直线拟合： 第一激光器投射的激光条纹中心线的直线拟合使用的三个点为： pointp， 1 ， i1  pointp， 1， i2 pointp， A， 第二激光器投射的激光条纹中心线的直线拟合使用的三个点为： pointp， 2， j1 pointp， 2， j2 pointp， A； 其中pointp， 1， i1、 pointp， 1， i2是从点集pointsp， 1， i中随机抽取的两个点， pointp， 2， j1、 pointp， 2， j2是从点集pointsp， 2， j中随机抽取的两个点； Ransac直线拟合过程结束后， 保留每张图像中拟合效果最好时随机提取的四个点， 形 成P张图像的四个新的激光条纹中心点 集prp， 1， 1、 prp， 1， 2、 prp， 2， 1、 prp， 2， 2， 并表示为： 其中， prp， 1， 1和prp， 1， 2分别表示第p张图像中第一激光器投射的激光条纹中心线拟合效 果最好时抽取的两个点， prp， 2， 1和prp， 2， 2分别表示第p张图像中第二激光器 投射的激光条纹 中心线拟合效果 最好时抽取的两个点； S4、 进行光平面拟合， 并根据光平面拟合结果完成十字结构光的光平面标定： 标定相 机， 使用R ansac算法从步骤S3筛选后留下的四个激光条 纹中心点集和由每张图像中交叉激 光条纹交点组成的点 集进行十 字结构光的光平面拟合， 其具体包括以下子步骤： S41、 对相机进行 标定， 相机的内部参数为： 平面靶标 上激光条纹中心交点A在相机成像平面上的坐标为： camerap， A＝K‑1·pointp， A＝[xc， yc， 1]T； 在相机坐标系下的坐标为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115409899 A 3