申请/专利权人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

申请日：2021-10-18

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN113870366B

主分类号：G06T7/80

分类号：G06T7/80;G06T7/73

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.01.21#实质审查的生效;2021.12.31#公开

摘要：本发明提出一种基于位姿传感器的三维扫描系统的标定方法及其标定系统；本发明提出的标定系统，包括：存储器和处理器；存储器存储有代码，处理器被配置为获取代码，并执行本发明提出的基于位姿传感器的三维扫描系统的标定方法。本发明可实现三维扫描系统中位姿传感器与相机系统的变换关系标定，使三维扫描系统可通过位姿传感器实时获知自身位置和角度，进而使三维扫描系统在扫描过程中不必在被扫描物体表面粘贴标志点或者设置外部定位系统。

主权项：1.一种基于位姿传感器的三维扫描系统的标定方法，其中所述三维扫描系统包括：相机组和位姿传感器；所述相机组用于对待测目标进行扫描和成像；所述位姿传感器用于实时输出自身在三维空间中的位置和角度数据；所述相机组与所述位姿传感器保持位置和角度相对固定；所述相机组包括至少两台相机；其特征在于，所述标定方法包括如下步骤：S1、设立并固定标定板；针对每一台相机分别建立相机坐标系，并任选所述相机组中任意一台相机为基准相机，以所述基准相机的相机坐标系为基准相机坐标系；建立标定板坐标系、位姿传感器坐标系和世界坐标系；S2、移动所述基于位姿传感器的三维扫描系统，使得所述相机组及所述位姿传感器与所述标定板的相对位置和或相对角度发生变化，所述相对位置和或相对角度每改变一次，所述相机组对所述标定板拍摄一次标定板图像，同时所述位姿传感器输出自身在三维空间中的位置和角度数据，记为位姿数据；所述标定板图像与所述位姿数据组成一组标定数据；S3、重复步骤S2，获取N组标定数据；S4、根据所述N组标定数据中的N个所述标定板图像，所述相机组进行内部标定，获得所述相机各自的内部参数、畸变系数及外部参数；S5、根据所述基准相机以及所述相机组中其它相机的外部参数，计算得到所述基准相机坐标系与其它相机的相机坐标系之间的变换关系，将其它相机的相机坐标系统一至所述基准相机坐标系，并采用Newton迭代法或LM迭代法，将所述基准相机分别与其它相机进行标定参数全局优化；在S5中，根据所述基准相机以及所述相机组中其它相机的外部参数，计算所述基准相机坐标系与其它相机的相机坐标系之间的变换关系的过程如下：所述基准相机的一组外部参数包含旋转矩阵R1和平移矩阵T1，所述相机组中任意一台相机的一组外部参数包含旋转矩阵R2和平移矩阵T2，根据公式：计算得到所述基准相机坐标系与该台相机的相机坐标系之间的变换关系，其中R和T分别为所述变换关系中的旋转矩阵和平移矩阵；S6、根据所述N组标定数据以及所述基准相机坐标系与其它相机的相机坐标系之间的变换关系，并结合所述标定板坐标系和所述世界坐标系，计算得到所述基准相机坐标系与所述位姿传感器坐标系之间的变换关系，完成基于位姿传感器的三维扫描系统的标定；在S6中，计算所述基准相机坐标系与所述位姿传感器坐标系之间的变换关系的过程包括如下步骤：S601、计算得到所述标定板坐标系到所述基准相机坐标系的变换矩阵，同时计算得到所述位姿传感器坐标系到所述世界坐标系的变换矩阵；其中，针对每一组所述标定数据，均根据三角测量原理计算得到特征点在所述基准相机坐标系下的空间坐标，结合已知的所述特征点在所述标定板坐标系下的三维坐标，计算得到所述标定板坐标系到所述基准相机坐标系的变换矩阵，其中，左上标cam代表所述基准相机坐标系，右下标cal代表所述标定板坐标系；同时，根据同一组所述标定数据中的所述位姿数据以及所述世界坐标系与所述位姿传感器坐标系之间的对应关系，计算得出所述位姿传感器坐标系到所述世界坐标系的变换矩阵，其中，左上标world代表所述世界坐标系，右下标sensor代表所述位姿传感器坐标系；S602、根据所述N组标定数据，任取两个所述标定数据为一对，建立个变换等式，求解所述变换等式，得到所述基准相机坐标系与所述位姿传感器坐标系之间的转换矩阵，确定所述基准相机坐标系与所述位姿传感器坐标系之间的变换关系。

全文数据：

权利要求：

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