基于直線自動(dòng)檢測(cè)的可見(jiàn)光與激光傳感器外部標(biāo)定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于直線自動(dòng)檢測(cè)的可見(jiàn)光與激光傳感器外部標(biāo)定方法，該方法設(shè)計(jì)一個(gè)特定的直線特征可見(jiàn)的立體標(biāo)定靶；提取可見(jiàn)光圖像中立體標(biāo)定靶表面的直線特征，獲取立體標(biāo)定靶表面直線特征的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)直線擬合和擬合直線相交的方法提取標(biāo)定靶上直線特征的激光數(shù)據(jù)；利用提取到的標(biāo)定靶表面直線特征上的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)求解可見(jiàn)光傳感器坐標(biāo)系與激光器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的值，將激光傳感器采集的深度距離數(shù)據(jù)標(biāo)定到可激光傳感器采集到的可見(jiàn)光圖像。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：能夠得到準(zhǔn)確、穩(wěn)定的標(biāo)定結(jié)果，算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度較低，標(biāo)定效率高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于直線自動(dòng)檢測(cè)的可見(jiàn)光與激光傳感器外部標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及激光傳感技術(shù)，特別涉及一種基于利用立體標(biāo)定靶獲取特征直線自動(dòng) 檢測(cè)的可見(jiàn)光與激光傳感器進(jìn)行外部標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 可見(jiàn)光傳感器可以獲得場(chǎng)景或物體的紋理細(xì)節(jié)信息，卻無(wú)法獲取其三維結(jié)構(gòu)信 息；而激光掃描儀在機(jī)器立體視覺(jué)中起著越來(lái)越重要的作用，但是卻因不能獲取物體表面 的紋理信息，而導(dǎo)致無(wú)法重現(xiàn)逼真的真實(shí)場(chǎng)景。利用可見(jiàn)光與激光傳感器的外部標(biāo)定將可 見(jiàn)光所獲得的物體表面紋理信息映射到利用激光重建了的三維模型上，就能夠重建出場(chǎng)景 的真實(shí)三維效果。激光掃描儀與可見(jiàn)光的標(biāo)定被廣泛的用于移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)、文物保護(hù)、地 形地貌重建等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種基于直線自動(dòng)檢測(cè)的可見(jiàn)光與激光傳感器外部標(biāo)定方 法，能準(zhǔn)確地將激光傳感器采集到的深度信息標(biāo)定到可見(jiàn)光圖像，獲取可見(jiàn)光圖像中場(chǎng)景 或物體的深度距離坐標(biāo)，得到更為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的標(biāo)定結(jié)果。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。基于直線自動(dòng)檢測(cè)的可見(jiàn)光 與激光傳感器外部標(biāo)定方法，其步驟包括：
[0005] 1)設(shè)計(jì)一個(gè)具有直線特征可見(jiàn)的立體標(biāo)定靶；
[0006] 2)利用所述光源裝置的可見(jiàn)光傳感器與激光傳感器分別獲取所述立體標(biāo)定靶的 可見(jiàn)光圖像與激光數(shù)據(jù)；
[0007] 3)利用Hough變換提取可見(jiàn)光圖像中所述立體標(biāo)定靶表面的直線特征；
[0008] 4)通過(guò)直線擬合和擬合直線相交的方法，提取立體標(biāo)定靶上直線特征的激光數(shù) 據(jù)；
[0009] 5)利用提取到的立體標(biāo)定靶表面直線特征上的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)，求解可見(jiàn)光傳感器坐 標(biāo)系與激光傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量；
[0010] 6)根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，將激光傳感器采集的深度距離數(shù)據(jù)標(biāo)定到可激光傳 感器采集到的可見(jiàn)光圖像上，完成標(biāo)定。
[0011] 進(jìn)一步，所述求解可見(jiàn)光傳感器坐標(biāo)系與激光傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平 移向量的方法為：
[0012] 1)將兩個(gè)峰值點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)擬合成直線，求出每?jī)蓷l直線的交點(diǎn)，求出的四條直 線的三個(gè)交點(diǎn)就是用于計(jì)算的直線點(diǎn)對(duì)；
[0013] 2)提取出的立體標(biāo)定靶上直線特征的激光數(shù)據(jù)；
[0014] 3)將求出的直線點(diǎn)對(duì)代入下式：
[0015] aXwhi+aYwh2+ah3+bXwh4+bYwh5+bh6-Xwh7-Ywh8-h9 = 0 ；
[0016] 4)求出H矩陣，然后根據(jù)[ri r2 T==A^1H求出打~^~^其中六為相機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣；
[0017] 5)再根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣R的性質(zhì)可知r3 = ri Xr2;得出R和T之后對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，將R進(jìn)行 正交化;得到可見(jiàn)光傳感器坐標(biāo)系與激光傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的值。
[0018] 本發(fā)明的方法能夠得到更為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的標(biāo)定結(jié)果，算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度較低。而且 當(dāng)在相機(jī)已標(biāo)定完成的情況下，還具有便于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，標(biāo)定立方體可以隨處放置，從而使 得標(biāo)定可以非常方便的完成。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的外部標(biāo)定示意圖；
[0020]圖2a是可見(jiàn)光傳感器的標(biāo)定板影像圖；
[0021 ]圖2b是激光傳感器掃描立體標(biāo)定靶的深度距離數(shù)據(jù)示意圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的立體標(biāo)定靶表面的直線特征圖；
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的立體標(biāo)定靶表面直線特征的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖；
[0024] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的激光數(shù)據(jù)圖；
[0025] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例采集到的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)在可見(jiàn)光圖像中的標(biāo)定結(jié)果。
[0026]圖中：1.光源裝置，2.立體標(biāo)定靶。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1至圖6,基于直線自動(dòng)檢 測(cè)的可見(jiàn)光/激光傳感器外部標(biāo)定方法，下面使用立體標(biāo)定靶標(biāo)定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明：
[0028] 1)如圖1所示，設(shè)置一個(gè)含有可見(jiàn)光傳感器和激光傳感器的光源裝置1，并且可見(jiàn) 光傳感器和激光傳感器的光軸平行，將立體標(biāo)定靶2放置在光源裝置1的可視范圍內(nèi)，且兩 個(gè)設(shè)備獲取同一個(gè)場(chǎng)景中立體標(biāo)定靶2的數(shù)據(jù)；
[0029] 2)如圖2a所示，通過(guò)可見(jiàn)光傳感器獲取立體標(biāo)定靶2的圖像信息，并通過(guò)激光傳感 器獲取立體標(biāo)定靶2的距離信息，如圖2b所示，光源裝置1獲取的立體標(biāo)定靶2圖像及光源裝 置1獲取的立體標(biāo)定靶2深度距離數(shù)據(jù)；
[0030] 3)通過(guò)檢測(cè)圖像的邊緣，然后利用Hough變換提取直線方程，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)直 線角度范圍進(jìn)行規(guī)范，只提取角度范圍為[30,85]和[95，170]的直線，檢測(cè)出五條直線之后 對(duì)其進(jìn)行排序，得到五條直線的排序，然后將用在后續(xù)計(jì)算的中間三條棱的直線方程提取 出來(lái)，提取出的直線特征結(jié)果如圖3所示；
[0031] 4)將放置了立體標(biāo)定靶2的場(chǎng)景激光數(shù)據(jù)與沒(méi)有放置立體標(biāo)定靶2的場(chǎng)景激光數(shù) 據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行相減，當(dāng)相減的值大于一個(gè)設(shè)定的閾值時(shí)，該點(diǎn)即為標(biāo)定立方體上的激光數(shù) 據(jù)，獲取到的立體標(biāo)定靶2表面直線特征的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖4所示；
[0032] 5)對(duì)于棱上的激光點(diǎn)通過(guò)直線擬合以及擬合直線相交的方法進(jìn)行提取?？紤]到激 光點(diǎn)的峰值點(diǎn)并不一定落在棱上，故將兩個(gè)峰值點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)擬合成直線，最后求出每?jī)?條直線的交點(diǎn)，求出的四條直線的三個(gè)交點(diǎn)就是用于計(jì)算的直線點(diǎn)對(duì);提取出的立體標(biāo)定 靶2上直線特征的激光數(shù)據(jù)如圖5所示;將求出的直線點(diǎn)對(duì)代入下式：
[0033] aXwhi+aYwh2+ah3+bXwh4+bYwh5+bh6-Xwh7-Ywh8-h9 = 0 ；
[0034] 求出H矩陣，然后根據(jù)[ri r2 T]=A 1H求出!1、^、!'，其中4為相機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣;再 根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣R的性質(zhì)可知r3 = riXr2。得出R和T之后對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，將R進(jìn)行正交化;得到 激光傳感器坐標(biāo)系與可見(jiàn)光激光器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量T的值為：
[0035]
[0036] 6)將步驟4)中獲取的立體標(biāo)定靶2表面直線特征的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)帶入到可見(jiàn)光傳 感器標(biāo)定的外部參數(shù)和內(nèi)部參數(shù)矩陣計(jì)算，可得上述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)在可見(jiàn)光圖像中的標(biāo)定 結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的各激光點(diǎn)能夠非常好的標(biāo)定到可見(jiàn)光 圖像中，并能夠非常直觀的反映出立體標(biāo)定靶2在圖中的立體輪廓。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于直線自動(dòng)檢測(cè)的可見(jiàn)光與激光傳感器外部標(biāo)定方法，包括一個(gè)立體標(biāo)定靶和光 源裝置，所述光源裝置由可見(jiàn)光傳感器和激光傳感器構(gòu)成，其特征在于，其步驟包括： 1) 設(shè)計(jì)一個(gè)具有直線特征可見(jiàn)的立體標(biāo)定靶； 2) 利用所述光源裝置的可見(jiàn)光傳感器與激光傳感器分別獲取所述立體標(biāo)定靶的可見(jiàn) 光圖像與激光數(shù)據(jù)； 3) 利用Hough變換提取可見(jiàn)光圖像中所述立體標(biāo)定靶表面的直線特征； 4) 通過(guò)直線擬合和擬合直線相交的方法，提取立體標(biāo)定靶上直線特征的激光數(shù)據(jù)； 5) 利用提取到的立體標(biāo)定靶表面直線特征上的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)，求解可見(jiàn)光傳感器坐標(biāo)系 與激光傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量； 6) 根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，將激光傳感器采集的深度距離數(shù)據(jù)標(biāo)定到可激光傳感器 采集到的可見(jiàn)光圖像上，完成標(biāo)定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線自動(dòng)檢測(cè)的可見(jiàn)光與激光傳感器外部標(biāo)定方法，其 特征在于，所述求解可見(jiàn)光傳感器坐標(biāo)系與激光傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量 的方法為： 1) 將兩個(gè)峰值點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)擬合成直線，求出每?jī)蓷l直線的交點(diǎn)，求出的四條直線的 三個(gè)交點(diǎn)就是用于計(jì)算的直線點(diǎn)對(duì)； 2) 提取出的立體標(biāo)定靶上直線特征的激光數(shù)據(jù)； 3) 將求出的直線點(diǎn)對(duì)代入下式： 31Xwhi+&Ywh2+&h3+bXwh4+bYwh5+bh6_Xwh7 _Ywh8_h9 - 0; 4) 求出Η矩陣，然后根據(jù)[ri r2 Τ]=Α4Η求出^2、!'，其中4為相機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣； 5) 再根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣R的性質(zhì)可知r3 = n X r2;得出R和T之后對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，將R進(jìn)行正交 化;得到可見(jiàn)光傳感器坐標(biāo)系與激光傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的值。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK105844658SQ201610392801
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】陳震, 張聰炫, 楊小平, 江少鋒, 危水根
【申請(qǐng)人】南昌航空大學(xué)