專利名稱：：線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光機(jī)電一體化
技術(shù)領(lǐng)域：
中的坐標(biāo)測(cè)量方法，具體涉及一種線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
：目前，線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定主要的方法，是將線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D(即二維)坐標(biāo)系和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)掃描軸構(gòu)成一個(gè)3D(即三維)坐標(biāo)系，建立從這個(gè)坐標(biāo)系向3D世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型，并通過測(cè)量四面體或標(biāo)準(zhǔn)球確定該模型的"共軛對(duì)"，最后利用該"共軛對(duì)"以最小二乘法求得線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭的外參數(shù)。由于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)掃描軸很難與線結(jié)構(gòu)光光平面(線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系建立在該面上)精確垂直，所以線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)掃描軸構(gòu)成的3D坐標(biāo)系是非正交的，這種非正交性在坐標(biāo)變換過程中必然引入非線性誤差，而且已有方法標(biāo)定過程復(fù)雜，也使其在線測(cè)量實(shí)時(shí)性差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)標(biāo)定方法，以克服現(xiàn)有的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)標(biāo)定方法上存在的非線性誤差和在線實(shí)時(shí)性差的不足等。本發(fā)明是對(duì)己有的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)標(biāo)定方法的改進(jìn)，其基本構(gòu)思是首先建立從線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系向3D世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型，然后通過控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī);^運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，掃描標(biāo)準(zhǔn)球得到標(biāo)定用的"共軛對(duì)"，最后利用得到的"共軛對(duì)"以最小二乘法求得模型中的未知參數(shù)實(shí)現(xiàn)了線結(jié)構(gòu)測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定。該標(biāo)定方法不僅沒有引入非正交坐標(biāo)系，避免了由此產(chǎn)生的非線性誤差，而且標(biāo)定過程簡(jiǎn)單，精度高，實(shí)時(shí)性好。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是首先建立數(shù)學(xué)模型，即建立從線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系向3D世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；再確定"共軛對(duì)"——即通過控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)i^運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)掃描標(biāo)準(zhǔn)球，以確定掃描得到的球面上兩圓弧之間的距離與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Zw運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)距離之間存在的線性關(guān)系，由此便使線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭能測(cè)出空間一固定點(diǎn)(標(biāo)準(zhǔn)球球心)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)0v^)和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(&，《/C),這樣就得到了其中一個(gè)"共軛對(duì)"；最后利用該"共軛對(duì)"以最小二乘法求得了線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭的外參數(shù)。即實(shí)現(xiàn)了一種嶄新的標(biāo)定方法。本發(fā)明首先建立了數(shù)學(xué)模型——變換公式I，具體說是從線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系A(chǔ).;TsZs向3D世界坐標(biāo)系CVJ^l^Zw的轉(zhuǎn)換關(guān)系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中，矢量P^和Ps分別為被測(cè)點(diǎn)在坐標(biāo)系CVX『)VZ,y和Os}^Z5中的矢量的齊次坐標(biāo)表示，其中矢量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>矢量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>矩陣I為3X3的單位矩陣，I<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>矢量Q-是坐標(biāo)系相對(duì)于cv^,i;.zM,的平移量，直接由坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)得到，矢暈Q<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>矩陣R二是從坐標(biāo)系<9MXMywZM到0、.y,Z、轉(zhuǎn)換的3X2旋轉(zhuǎn)矩陣，、l<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>進(jìn)一歩確定本發(fā)明的"共軛對(duì)"，在確定"共軛對(duì)"時(shí)所用的變換公式1I如下C<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中A為測(cè)量用的標(biāo)準(zhǔn)球的半徑，為已知量；/fM、/，為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X^運(yùn)動(dòng)方向做第/和第/+1次掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，線結(jié)構(gòu)光光平面與標(biāo)準(zhǔn)球相交得到了兩條圓弧，對(duì)這兩條圓弧分別擬合圓所得到的圓心離球心的距。、為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1,運(yùn)動(dòng)方向做第/和第Z+l次掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，線結(jié)構(gòu)光光平面與標(biāo)準(zhǔn)球相交得到了兩條圓弧，對(duì)這兩條圓弧分別擬合圓所得的兩個(gè)圓的半徑；、^4,,+1為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^^.運(yùn)動(dòng)方向做第/和第/+1次掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X^運(yùn)動(dòng)方向上所處的位置坐標(biāo)(即Xw坐標(biāo))；^是比例系數(shù)，在線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭方向不變的情況下是常數(shù)(在本發(fā)明中是常數(shù))。^^。為線結(jié)構(gòu)光光平面穿過標(biāo)準(zhǔn)球球心時(shí)線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X『運(yùn)動(dòng)方向上所處的位置坐標(biāo)(即^^坐標(biāo))；公式③表征了球面上兩圓弧之間的距離與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X^運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)距離之間存在的線性關(guān)系，它是以公式①、②為基礎(chǔ)的，同時(shí)又是公式④的基礎(chǔ)；公式④表征了線結(jié)構(gòu)光光平面穿過標(biāo)準(zhǔn)球球心時(shí)線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī);^運(yùn)動(dòng)方向上所處的位置坐標(biāo)X,;因此，只要控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^^方向運(yùn)動(dòng)到公式④所示的X,處，記下固定點(diǎn)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)(JV^)和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(&，&，&)，就得到了一個(gè)"共軛對(duì)"。最后，用最小二乘法求解外參數(shù)，將上述變換公式I推導(dǎo)得到符合最小二乘法形式需要的變換公式ni，它是坐標(biāo)系cvx^;^Zw和o、;r、.z、.坐標(biāo)之間的最終轉(zhuǎn)換關(guān)系式，也是用最小二乘法求解外參數(shù)的關(guān)系式，變換公式ni如下M+-xw=-^—凡+-么，二式中《、/2，附,,、/^和、是矩陣R二(見所述變換公式I中的說明)的元素；&、&、《z是矢量Q^(見所述變換公式I中的說明)的元素；>V%為被測(cè)點(diǎn)在坐標(biāo)系Os^Z,s,中的坐標(biāo)(;vzp。在該式中&、^、《z、；^、^這五個(gè)參數(shù)為最小二乘法求解過程中的已知量(即后面會(huì)詳細(xì)闡述的"共軛對(duì)")；、/z、附y(tǒng)、mz、"v、—、xw、凡、、,為最小二乘法求解過程中的未知參數(shù)。其中用6個(gè)參數(shù)——^、/z、Wy、mz、"v、wz來表征需求的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)。所述的共軛對(duì)，是指測(cè)量空間中一固定點(diǎn)(在本方法中，固定點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)球的球心)時(shí)，所得的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)(1Vz^和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(&，^，g,;"共軛對(duì)"是對(duì)變換公式ni采用最小二乘法求解線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)步驟中所必備的已知信息。所述的坐標(biāo)系CVZM,.4.Z『為世界坐標(biāo)系(也稱為3D世界坐標(biāo)系)，三個(gè)坐標(biāo)軸JTM、^、Z^分別與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向軸平行。所述的坐標(biāo)系O,T,Z,為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭坐標(biāo)系(也稱為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系)，該坐標(biāo)系在線結(jié)構(gòu)光光平面內(nèi)，是在標(biāo)定測(cè)頭內(nèi)參數(shù)時(shí)確定的，內(nèi)參數(shù)在本發(fā)明中是已知的。所述的坐標(biāo)系C^XM乙ZM為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移動(dòng)坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)C^與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭坐標(biāo)系O^Z,s的原點(diǎn)0,s,重合，三個(gè)軸Z『4、Zw分別與世界坐標(biāo)系6VZ『IVZw的三個(gè)軸平行。因?yàn)殡S著線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的^V運(yùn)動(dòng)方向上運(yùn)動(dòng)，該坐標(biāo)系的原點(diǎn)也在移動(dòng)，所以該坐標(biāo)系是移動(dòng)坐標(biāo)系。本發(fā)明的核心在于，建立了從線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系向3D世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型以及確定"共軛對(duì)"，并實(shí)現(xiàn)線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)標(biāo)定的方法。首先建立了變換關(guān)系公式I所示的數(shù)學(xué)模型，再通過控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X『運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)掃描標(biāo)準(zhǔn)球并利用變換關(guān)系公式II得到標(biāo)定用的"共軛對(duì)"，最終將"共軛對(duì)"帶入公式III，并使用最小二乘法，實(shí)現(xiàn)了高精度、實(shí)時(shí)性好的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一歩說明本發(fā)明圖l、本發(fā)明的巳有的5自由度掃描測(cè)量系統(tǒng)示意其中1為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，2為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭(以下簡(jiǎn)稱為測(cè)頭)。本發(fā)明所涉及的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定方法就是針對(duì)該掃描測(cè)量系統(tǒng)的。圖2、本發(fā)明的坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系示意圖；其中(1)世界坐標(biāo)系OwX^.JVZw(也稱為3D世界坐標(biāo)系)，三個(gè)坐標(biāo)軸1、4、^分別與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向軸平行。(2)線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭坐標(biāo)系O,;r,Z,(也稱為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系)，該坐標(biāo)系在線結(jié)構(gòu)光光平面內(nèi)，是在標(biāo)定測(cè)頭內(nèi)參數(shù)時(shí)確定的。(3)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移動(dòng)坐標(biāo)系0,,^1/&2^，該坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)C^與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭坐標(biāo)系的原點(diǎn)o,重合，三個(gè)軸.、,、^、z,w分別與世界坐標(biāo)系cv;^i;4的三個(gè)軸平行。圖3、本發(fā)明的線結(jié)構(gòu)光光平面與標(biāo)準(zhǔn)球相交得到的圓弧擬合出的圓示意其中，箭頭所示的"義w方向"指的是本發(fā)明中線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)掃描方向，在本發(fā)明中線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)其他兩運(yùn)動(dòng)方向上的位置保持不變；兩條虛線所表示的平面是線結(jié)構(gòu)光光平面；線結(jié)構(gòu)光光平面和標(biāo)準(zhǔn)球球面相交出多條圓弧，對(duì)這些圓弧擬合圓得到了圖中所示的圓，。與巧+l為圓的半徑。圖4、本發(fā)明的球面上兩圓弧之間的距離與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^V運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)距離之間存在的線性關(guān)系示意其中O為標(biāo)準(zhǔn)球的球心，即本發(fā)明中的固定點(diǎn)；直線^'為垂直于線結(jié)構(gòu)光光平面且經(jīng)過球心O的直線。線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X,y方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到xw,位置時(shí)對(duì)應(yīng)的線結(jié)構(gòu)光光平面為A4'(平面垂直于紙面)，該光面與標(biāo)準(zhǔn)球交出一條圓弧(該圓弧在坐標(biāo)系O,T,.Z,.中的全部坐標(biāo)是己知的)，利用該圓弧上的點(diǎn)擬合圓可以得到圓心4和半徑C，球的半徑^是一個(gè)已知參數(shù)，則有/04=04=(i2-"2)1/2表明線結(jié)構(gòu)光光平面到球心的距離可直接由線結(jié)構(gòu)光光平面和球面相交所得的圓弧的半徑確定；線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭繼續(xù)沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)iV方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到、w時(shí)，對(duì)應(yīng)的圓的半徑為。+1，球心到圓的距離/os=0^(i2",2+1)1/2。由圖4可以看出線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)J^運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)距離和球面上兩圓弧之間的距離存在線性關(guān)系，即有式中^=02-04=/訓(xùn)-^，5是比例系數(shù)，在測(cè)頭方向不變的情況下該系數(shù)不變。如果線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^V方向的當(dāng)前坐標(biāo)為^,々，對(duì)應(yīng)的圓半徑為G，則要使線結(jié)構(gòu)光光平面穿過球心O，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)需沿X^軸運(yùn)動(dòng)到Xw。\,。二^,+^^這樣就得到了公式I1。此時(shí)可以認(rèn)為G是線結(jié)構(gòu)光光平面內(nèi)的一點(diǎn)，它的坐標(biāo)是通過擬合圓得到的。這樣就實(shí)現(xiàn)了利用該測(cè)頭測(cè)量空間的一固定點(diǎn)，記下固定點(diǎn)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)0vz,)和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(&，&，^)就得到了一個(gè)共軛對(duì)。圖5、本發(fā)明的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球的測(cè)量實(shí)例。具體實(shí)施例方式該標(biāo)定方法是首先建立數(shù)學(xué)模型，即線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系C^.&Z,.到3D世界坐標(biāo)系C^^V1VZ^的變換關(guān)系公式I;再確定了"共軛對(duì)"——通過控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)I^運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)掃描標(biāo)準(zhǔn)球，確定了掃描得到的球面上兩圓弧之間的距離與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^^運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)距離之間存在的線性關(guān)系，參見變換公式n，由此便使線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭能測(cè)出空間一固定點(diǎn)(標(biāo)準(zhǔn)球球心)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)(JV^)和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(&，義,，《P,這樣就得到了一個(gè)"共軛對(duì)"；最后利用得到的"共軛對(duì)"，對(duì)公式III利用最小二乘法實(shí)現(xiàn)了線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定。現(xiàn)具體闡述確定"共軛對(duì)"的詳細(xì)步驟確定"共軛對(duì)"就是得到一系列關(guān)于固定點(diǎn)(即標(biāo)準(zhǔn)球的球心)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)(A，^)和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(&，《y，&)。為了得到"共軛對(duì)"，首先要使線結(jié)構(gòu)光光平面通過固定點(diǎn)，但是通過移動(dòng)線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭并觀察線結(jié)構(gòu)光光平面很難使其恰好通過固定點(diǎn)，因此本發(fā)明使用了以下方法使線結(jié)構(gòu)光光平面通過固定點(diǎn)進(jìn)而確定"共軛對(duì)"(1).把標(biāo)準(zhǔn)球固定在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上，以確保在整個(gè)標(biāo)定過程中固定點(diǎn)(即上述的標(biāo)準(zhǔn)球的球心)在世界坐標(biāo)系中的位置始終保持不變，即固定點(diǎn)的在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x，,.,，y,,,，；)始終不變。之所以這樣做是因?yàn)楸景l(fā)明最終是要對(duì)變換關(guān)系公式III采用最小二乘法從而求得未知參數(shù)〃、t、附少、附——、、"z、&、少,、、，也就是說將&、凡、Z^在整個(gè)標(biāo)定過程中當(dāng)成是不變的參數(shù)，因此如果在標(biāo)定過程中固定點(diǎn)的(&，yw，、)變<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>化了，則用最小二乘法求得的外參數(shù)^、/z、附^、W-、、就一定是不準(zhǔn)確的。(2).線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)AV運(yùn)動(dòng)方向做掃描運(yùn)動(dòng)，在此過程中線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的其它運(yùn)動(dòng)方向上的位置保持不變，使線結(jié)構(gòu)光光平面與標(biāo)準(zhǔn)球的球面相交得到兩條圓弧，對(duì)這兩條圓弧擬合圓心并求得圓的半徑，利用公式II可以得到固定點(diǎn)所在結(jié)構(gòu)光光平面在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的^^坐標(biāo)，即x,。(3).驅(qū)動(dòng)線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^V運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，直到運(yùn)動(dòng)到第2步中得到的X,位置，記下固定點(diǎn)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)(少,，z,)和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(&，&，《P，這樣就得到了"共軛對(duì)"。(4).重復(fù)步驟(2)、(3)，直到取夠至少10條圓弧。把得到的"共軛對(duì)"帶入公式III中，利用最小二乘法便可以求得精確的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭的外參數(shù)。本發(fā)明的變換公式I——II應(yīng)用實(shí)施如下公式I、III中，在同一線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭方向下旋轉(zhuǎn)矩陣的5次求解結(jié)果如下公式<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>II中，利用球面上不同位置的圓求共軛對(duì)的結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球的測(cè)量結(jié)果見圖5。綜上所述，本發(fā)明首先建立了從線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系向3D世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型，然后通過控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^V運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)掃描標(biāo)準(zhǔn)球得到標(biāo)定用的"共軛對(duì)"，最后利用最小二乘法求得模型中的未知參數(shù)實(shí)現(xiàn)了線結(jié)構(gòu)測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定。該標(biāo)定方法不僅沒有引入非正交坐標(biāo)系，避免了由此產(chǎn)生的非線性誤差，而且標(biāo)定過程簡(jiǎn)單，精度高，實(shí)時(shí)性好。權(quán)利要求1、一種線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定方法，首先建立了數(shù)學(xué)模型，即建立了從線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系向3D世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；再確定“共軛對(duì)”——通過控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)XW運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)掃描標(biāo)準(zhǔn)球，確定掃描得到的球面上兩圓弧之間的距離與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)XW運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)距離之間存在的線性關(guān)系，由此便使線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭能測(cè)出空間一固定點(diǎn)---標(biāo)準(zhǔn)球球心的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)(yS，zS)和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(qx，qy，qz)，這樣就得到了一個(gè)“共軛對(duì)”；最后利用該“共軛對(duì)”以最小二乘法求得線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭的外參數(shù)。2、如權(quán)利要求1所述的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于所述的數(shù)學(xué)模型如下，具體說是從線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭光平面2D坐標(biāo)系向3D世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，矢量P『和Ps分別為被測(cè)點(diǎn)在坐標(biāo)系UV^和6>s&Zs中的矢的齊次坐標(biāo)表示，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>矩陣I為3X3的單位矩陣，1=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>矢量Q-是坐標(biāo)系J^1^ZM相對(duì)于^VIVZw的平移量，直接由坐標(biāo)測(cè):機(jī)的光柵尺讀數(shù)得到，矢量Q矩陣R是從坐標(biāo)系OmA^Zm到OA^轉(zhuǎn)換的3X2旋轉(zhuǎn)矩陣，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>3、如權(quán)利要求1所述的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于所述的"共軛對(duì)"是通過如下的變換公式II確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>①<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(3)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>④式中i為測(cè)量用的標(biāo)準(zhǔn)球的半徑，為已知量；t,、U為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)《,,運(yùn)動(dòng)方向做第/和第/+1次掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，線結(jié)構(gòu)光光平面與標(biāo)準(zhǔn)球相交得到了兩條圓弧，對(duì)這兩條圓弧分別擬合圓所得到的圓心離球心的距離；。、巧+1為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī);^運(yùn)動(dòng)方向做第/和第/+1次掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，線結(jié)構(gòu)光光平面與標(biāo)準(zhǔn)球相交得到了兩條圓弧，對(duì)這兩條圓弧分別擬合圓所得到的兩個(gè)圓的半徑；1^,+|為線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī);^運(yùn)動(dòng)方向做第/和第/+1次掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^運(yùn)動(dòng)方向上所處的位置坐標(biāo)；5是比例系數(shù)，在線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭方向不變的情況下是常數(shù)。、。為線結(jié)構(gòu)光光平面穿過標(biāo)準(zhǔn)球球心時(shí)線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)^運(yùn)動(dòng)方向上所處的位置坐標(biāo)；公式③表征了球面上兩圓弧之間的距離與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Zw運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)距離之間存在的線性關(guān)系；公式④表征了線結(jié)構(gòu)光光平面穿過標(biāo)準(zhǔn)球球心時(shí)線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Xw運(yùn)動(dòng)方向上所處的位置坐標(biāo)、。；控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Xw方向運(yùn)動(dòng)到公式④所示的x，處，記下固定點(diǎn)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)(;vzp和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(&，&，&)，就得到了一個(gè)"共軛對(duì)"。4、如權(quán)利要求1所述的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于所述的利用上述"共軛對(duì)"以最小二乘法求得線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭的外參數(shù)所依據(jù)的公式III如下XA+ZA—&=—《;t<兀，+&mz—兀，=—&、凡+Z,z—、，=—&式中^、4,附y(tǒng)、附z和、是矩陣R二的元素；A、&、^是矢量Q^的元素；A、^為被測(cè)點(diǎn)在坐標(biāo)系0,}^,,中的坐標(biāo)；在上述式中&、&、^這五個(gè)參數(shù)為最小二乘法求解過程中的已/少、/z、w〃mz、、"z、xw、凡、、為最小二乘法求解過程中的未知參數(shù)，其中的6個(gè)參數(shù)——/v、/z、wv、、即為所求的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)。全文摘要本發(fā)明涉及一種線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭外參數(shù)的標(biāo)定方法。首先建立了數(shù)學(xué)模型——從線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)系向3D世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系；再確定“共軛對(duì)”——通過控制線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X_W運(yùn)動(dòng)方向掃描標(biāo)準(zhǔn)球，確定掃描得到的球面上兩圓弧之間的距離與線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭沿坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X_W運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)距離之間存在的線性關(guān)系，由此便可以使得線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭能測(cè)測(cè)出空間一固定點(diǎn)(標(biāo)準(zhǔn)球的球心)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭2D坐標(biāo)(y_S，z_S)和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的光柵尺讀數(shù)(q_x，q_y，q_z)，這樣就得到一個(gè)“共軛對(duì)”；最后利用該“共軛對(duì)”以最小二乘法求得線結(jié)構(gòu)光測(cè)頭的外參數(shù)。本發(fā)明不僅沒有引入非正交坐標(biāo)系，避免了其由此產(chǎn)生的非線性誤差，而且其標(biāo)定過程簡(jiǎn)單，精度高，實(shí)時(shí)性好。文檔編號(hào)G06T7/00GK101285680SQ20071011583公開日2008年10月15日申請(qǐng)日期2007年12月12日優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日發(fā)明者劉世晶,張志偉,琨王,解則曉,明金申請(qǐng)人:中國海洋大學(xué)