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  • 标定方法一直是线结构光三维测量系统研究的关键要素。重点讨论了线结构光传感器标定方法中的三个问题: ...最后, 总结了线结构光标定方法的发展现状, 指出线结构光自扫描测量系统和水下标定是线结构光传感器的发展趋势。
  • 针对现有的测量系统中线结构光标定方法存在的局限性,设计了一种新的标定方法。该方法通过避免光条与靶标参照物上的棋盘相交,提高了特征点的提取精度,并通过增加用于拟合光平面的特征点数量来提高标定的精度。连接光...
  • 本文将从单点激光测距原理、线结构光原理与线结构光标定这三部分对线结构光进行介绍。单点激光测距原理单点激光测距原理是线结构光的基本原理,通过该方法得到物体距离相机的距离进而得到物体的三维坐标。单点激光...

    线结构光法是一种可以精确获得物体三维坐标的方法,将线结构光传感器安装在机器人上就赋予了机器人视觉感知的能力。本文将从单点激光测距原理、线结构光原理与线结构光标定这三部分对线结构光进行介绍。

    • 单点激光测距原理

    单点激光测距原理是线结构光的基本原理,通过该方法得到物体距离相机的距离进而得到物体的三维坐标。单点激光测距原理图如下图所示。

    78539bc15325080c4a3d433289e79344.png

    如图

    是激光发射器,
    是目标点,
    是相机成像面。在该单点激光系统有几个不变的量,
    为相机光心与激光发射器的距离称为基线长,
    为激光线与基线的夹角,
    为焦距长。

    目标:获得

    点在相机坐标系下三维坐标值。

    那么关键是获得

    值也就是
    点的
    值,
    坐标值可以通过相机的透视投影求得。

    值如何求解。做两条辅助线
    过相机光心与
    平行交相机成像面
    过目标点与基线
    平行。这样构造成两个相似三角形,根据相似三角形有如下公式:

    基线长

    角认为是已知量,下面标定讲到如何标定得到。

    可以由像素、光心坐标与像元大小得到。

    最后计算得:

    • 线结构光原理

    以上讨论的单点激光,下面讨论线结构光。

    线结构光分为两种形式如下图所示,其区别在于激光与相机的位置摆放不同(位置不同只与标定有关)。

    3631269a7f3284dda087488829710adf.png

    本文只讨论第一种方式。第一种方式的模型如图所示。

    1539b29c63f50cd0b5b8d03829dc5395.png

    激光

    射出一个面激光照射在物体上形成一条激光线。现假设地面与相机感光面平行,
    点与
    点是激光线上的位置不同的两点,其中
    点在相机上的成像在图像的
    轴的中心点上(不准确)。面
    与地面垂直,那么
    是地面到光心
    的高,同时也是点
    的高,也就是
    方向的值。
    • 线结构光测高

    可以通过上面单点激光方法求得
    值,这是线结构光法求高。
    • 线结构光测距

    这里有一个容易混淆的地方,高与距离,点

    的高是
    值,而点
    到相机的距离是

    此时基线与激光面的夹角

    (oap)变为
    (oap')。

    现举例如何求激光线上任意点的高。如图是激光线。

    8be5cbb8c89818a192d97ba3d09ef13e.png

    黑色线是激光线由于照射在不规则的物体上形成的图像。红色线是相机x轴方向的中心点(是光心在成像平面上投影的x值,不一定是图像像素中心)。激光线上任意一点的高(z值)是其所在相同高度平面激光中心点的高。那就将问题转化为单点激光测距问题。

    利用单点激光测距公式

    可通过图像上激光点的y值确定。

    同理可以建立如下关系:

    7136297518c1cedda0bafb57b13ecaf4.png
    • b是基线长,θ是激光线与相机平面夹角,f是相机焦距。dx,dy是像素比例因子。
    • 线结构光标定

    线结构光标定的目的是为了获得几个不变的量,焦距

    、基线长
    、角度

    如图单点激光测距。

    b210bb106285c45fbf9835f87743cb83.png

    公式

    表示这几个量之间的关系,此时焦距
    、基线长
    、角度
    变成了未知数。为求解这几个未知数,假设有Object1、Object2、Object3这些点,这些点的高度差都为L,L为已知量,那么每一个点都可以由上面的公式得到:


    那么有4个未知量,至少有4个方程来求解。如图是标定板。

    ec2336c86860fdfd96c5b8afd0871c43.png

    黑色竖线是画在标定板上,红色横线表示相机在不同高度的位置。

    标定方法如下:

    1.调整相机与标定板平行,相机中轴线与黑色竖线平行;

    2.调整相机高度上升或下降使激光线沿黑色竖线上升或下降,每次调整相机都拍照;

    3.记录每次激光线与黑色竖线的交点坐标。

    • 方法一

    该方程组属于非线性,在得到>4组观察值时,求解方法可以使用梯度下降、最小二乘、极大似然估计。我推荐用梯度下降法:

    对于上式有通式:

    ,其中,
    组观测值,那么损失函数:

    分别对未知数

    求偏导并迭代求出其数值,迭代方法参考梯度下降。

    导数公式有些长,见下面图片:

    64a7f2a1c3c26475a85925115413cbda.png

    方法二

    可以用直接插值法计算

    之间的关系,因为两者关系是非线性的,那么可以增加采样(观测)密度,每段采样之间可以近似线性关系进行直接插值得到。

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  • 本文将从单点激光测距原理、线结构光原理与线结构光标定这三部分对线结构光进行介绍。单点激光测距原理单点激光测距原理是线结构光的基本原理,通过该方法得到物体距离相机的距离进而得到物体的三维坐标。单点激光...

    线结构光法是一种可以精确获得物体三维坐标的方法,将线结构光传感器安装在机器人上就赋予了机器人视觉感知的能力。本文将从单点激光测距原理、线结构光原理与线结构光标定这三部分对线结构光进行介绍。

    • 单点激光测距原理

    单点激光测距原理是线结构光的基本原理,通过该方法得到物体距离相机的距离进而得到物体的三维坐标。单点激光测距原理图如下图所示。

    91fb16c57a04b54a9669d818005a95c5.png

    如图

    是激光发射器,
    是目标点,
    是相机成像面。在该单点激光系统有几个不变的量,
    为相机光心与激光发射器的距离称为基线长,
    为激光线与基线的夹角,
    为焦距长。

    目标:获得

    点在相机坐标系下三维坐标值。

    那么关键是获得

    值也就是
    点的
    值,
    坐标值可以通过相机的透视投影求得。

    值如何求解。做两条辅助线
    过相机光心与
    平行交相机成像面
    过目标点与基线
    平行。这样构造成两个相似三角形,根据相似三角形有如下公式:

    基线长

    角认为是已知量,下面标定讲到如何标定得到。

    可以由像素、光心坐标与像元大小得到。

    最后计算得:

    • 线结构光原理

    以上讨论的单点激光,下面讨论线结构光。

    线结构光分为两种形式如下图所示,其区别在于激光与相机的位置摆放不同(位置不同只与标定有关)。

    31c6de4ceb741318f6d3544b57d34a2e.png

    本文只讨论第一种方式。第一种方式的模型如图所示。

    ab99f40a25a93ab2acc6739852d2aeae.png

    激光

    射出一个面激光照射在物体上形成一条激光线。现假设地面与相机感光面平行,
    点与
    点是激光线上的位置不同的两点,其中
    点在相机上的成像在图像的
    轴的中心点上(不准确)。面
    与地面垂直,那么
    是地面到光心
    的高,同时也是点
    的高,也就是
    方向的值。
    • 线结构光测高

    可以通过上面单点激光方法求得
    值,这是线结构光法求高。
    • 线结构光测距

    这里有一个容易混淆的地方,高与距离,点

    的高是
    值,而点
    到相机的距离是

    此时基线与激光面的夹角

    (oap)变为
    (oap')。

    现举例如何求激光线上任意点的高。如图是激光线。

    049775e5615db324f96be0287836562e.png

    黑色线是激光线由于照射在不规则的物体上形成的图像。红色线是相机x轴方向的中心点(是光心在成像平面上投影的x值,不一定是图像像素中心)。激光线上任意一点的高(z值)是其所在相同高度平面激光中心点的高。那就将问题转化为单点激光测距问题。

    利用单点激光测距公式

    可通过图像上激光点的y值确定。
    • 线结构光标定

    线结构光标定的目的是为了获得几个不变的量,焦距

    、基线长
    、角度

    如图单点激光测距。

    46ab92b27d01209b849e5a7dd97a83e2.png

    公式

    表示这几个量之间的关系,此时焦距
    、基线长
    、角度
    变成了未知数。为求解这几个未知数,假设有Object1、Object2、Object3这些点,这些点的高度差都为L,L为已知量,那么每一个点都可以由上面的公式得到:


    那么有4个未知量,至少有4个方程来求解。如图是标定板。

    7357a04f7a4a2ba9bf7e1edb1debab96.png

    黑色竖线是画在标定板上,红色横线表示相机在不同高度的位置。

    标定方法如下:

    1.调整相机与标定板平行,相机中轴线与黑色竖线平行;

    2.调整相机高度上升或下降使激光线沿黑色竖线上升或下降,每次调整相机都拍照;

    3.记录每次激光线与黑色竖线的交点坐标。

    一条竖线计算来标定会引入很多误差,也可以设计多条竖线,用极大似然估计来减少误差。

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  • 结构光标定(相机标定+激光器标定)

    千次阅读 热门讨论 2019-11-15 19:41:23
    1.看一下结构光整体的框架。 (图是我偷的。。。。) 2.理解一下坐标系(标定其实就是多个坐标系的转换) 主要有四个坐标系: 3.各个坐标系的转换关系如下 3.1c----uv,(像素坐标到相机坐标系的转换) ...

    边学边练边理解!

    1.看一下结构光整体的框架。

    (图是我偷的。。。。) 

    2.理解一下坐标系(标定其实就是多个坐标系的转换)

     主要有四个坐标系:

     

     3.各个坐标系的转换关系如下

    3.1c----uv,(像素坐标到相机坐标系的转换)

    M是可以通过张正友标定的方法得到的相机的内参。

     3.2            (像素坐标到对齐坐标坐标)

     就是把上面的zc直接等于1就OK了。

    经过这两步,可以通过Oc 和刚得到的Q“,构成控件的直线。

    3.3(c--w)

    相机坐标系c
     c c c
    O X Y Z 与世界坐标系w
     w w w
    O X Y Z 之间的转换关系

     直接转换了最终的平面形式RT是相机的外参数

    3.4由平面加上直线就可以得到任意特征点的坐标了。

     

     

    3.5 去多个特征点拟合光平面(最小二乘拟合)

     

     

    可以参考这篇论文;   一种线结构光标定方法    张瑞峰,舒子芸*,南刚雷 

     

     

    如果要进行三维重建点云,还需要对模组(相机下面的移动模块)进行标定。

    其代表的含义是外参是描述平台运动1mm在相机坐标系下xyz分量。

     

     

    在模组标定的过程中,注意因为相机坐标系下,模组的水平运动,其实是倾斜的运动的。所以要做一次标定。

     

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  • 结构光是一组由投射器(点,线,面)和摄像机组成的系统结构,用投影器投射特定的光信息到物体表面后及背景后,由摄像头采集,根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息,进而复原整个三维空间。...

    结构光标定

    结构光是一组由投射器(点,线,面)和摄像机组成的系统结构,用投影器投射特定的光信息到物体表面后及背景后,由摄像头采集,根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息,进而复原整个三维空间。结构光标定是实现测量的首要工作,其目的在于确定激光器与摄像机的位置关系。

    根据测量需求的不同,摄像机与投射器相对位置关系可以统一于外部坐标系或者摄像机坐标系,统一于外部坐标系的标定,往往需要借助高精度测量仪器,而统一于摄像机坐标系,标定过程相对容易,针对具体结构,选择合适的方法。值得注意的是,结合精度需求,选择合适的标定方法,标定精度与测量精度关系密切。

    点结构光标定原理

    准直激光器是最常见的投射器,准直激光器与摄像机组成的结构光系统利用激光三角法实现三维测量,具有容易组装,原理简单等特点。在有些情况下,其相对位置标定通过机械定位实现,但不具备普遍适用性,下面将介绍一种实用性标定方法。
    标定原理图

    标定步骤
    (1)将棋盘格置于摄像机视场范围内,激光器投射在棋盘格上,多次改变棋盘格位置,同时摄像机拍摄图像,利用Zhang的摄像机标定法解算出摄像机内外参数矩阵。
    (2)对所摄图像进行处理,提取激光光斑中心的坐标信息(u,v)(u,v),根据内外参数矩阵求解激光光斑中心在靶标坐标系下坐标(x,y,z)(x,y,z),其中z=0z=0,如下式所示:
    K[uv1]=[f/dx0u000f/dyv000010][RT01][xyz1]K\left[\begin{matrix}u\\v\\1\end{matrix}\right]= \left[\begin{matrix}f/d_x&0&u_0&0\\0&f/d_y&v_0&0\\0&0&1&0\\\end{matrix}\right] \left[\begin{matrix}R&T \\0&1\end{matrix}\right] \left[\begin{matrix}x \\y \\z\\1\end{matrix}\right]

    [xcyczc1]=[RT01][xyz1]\left[\begin{matrix}x_c \\y_c \\z_c\\1\end{matrix}\right]= \left[\begin{matrix}R&T \\0&1\end{matrix}\right] \left[\begin{matrix}x \\y \\z\\1\end{matrix}\right]

    (3)重复上一步骤操作,得到激光束上多个激光光斑中心坐标,对其进行空间直线拟合,确定激光束在摄像机坐标系下空间位姿,标定完成。

    涉及相关内容:
    摄像机成像模型:链接: link.
    摄像机标定:链接: link.

    展开全文
  • 线结构光标定(Matlab工具箱)

    千次阅读 2019-12-21 20:34:56
    好像用matlab工具箱一样可以完成结构光标定,有机会要试一试啦! matlab有关3d的功能。 https://ww2.mathworks.cn/products/computer-vision.html#lidar-point-cloud-processing ...
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    千次阅读 热门讨论 2020-06-10 09:50:40
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    千次阅读 2018-01-05 18:25:04
  • 为提高线结构光传感器(LSLS)的标定精度, 提出了一种基于平面参考靶标的标定方法。给出了相机坐标系下参考靶标点中心坐标及激光平面方程的计算方法; 将参考靶标点中心向激光平面投影, 并以左下角投影点为原点建立世界...
  • 现有的线结构光传感器标定方法中,结构光平面上标定点的计算精度将会直接影响到传感器最终的标定精度。提出了一种基于共面靶标的线结构光传感器标定新方法,该方法无需计算光平面上的标定点,也无需反复计算摄像机的...
  • 编码结构光标定系列)

    千次阅读 2020-04-04 09:07:47
    看自论文:结构光测量系统的标定方法综述----刘顺涛 作者将现有的标定方法分为了3类: 基于矩阵变换的摄影测量法 基于几何关系的三角测量法 多项式拟合方法 我看到的现有的主要是第一张方法,下面对这个方法进行...
  • 1 研究意义 线结构光传感器的标定是型面数字化,外形检测,准确的标定线结构光参数是进行精确测量的前提。 应用:三维模型重建、物体表面轮廓信息提取2 基本概念2.1 结构光相关结构光方法:结构光方法(Structured ...
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  • 线结构光标定(halcon)

    千次阅读 2019-12-21 20:27:55
    halcon 中有一个例子可以直接完成 线结构光的所有标定; 包括 1.相机内外参数的标定 2.激光平面参数的标定(最小拟合二乘的4个参数) 3.相机和运动模组之间的标定 想想之前用opencv 做了同样的事情,拍摄等多...
  • 针对大尺寸三维物体的测量需求,提出了一种超大尺度的线结构光传感器标定方法。使用平面靶标标定出摄像机内参数的初值,以相邻两控制点之间的距离为约束用LM 优化算法对初值进行优化;采用准一维靶标进行结构光参数...
  • 采用线结构光技术对摄像机进行标定、光平面标定和三维重建c2020-11-21下载地址https://www.codedown123.com/51731.html采用线结构光技术对摄像机进行标定、光平面标定和三维重建。资源下载此资源下载价格为2D币,请...

空空如也

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