多组光传感器联合标定方法及系统与流程

本发明属于光传感器联合标定，具体地说，是涉及一种多组光传感器联合标定方法及系统。

背景技术：

1、光传感器联合测量是工业在线高精度检测的核心技术，广泛应用于复杂工件的三维形貌测量。在该联合测量系统中，各传感器坐标系的统一是保障测量精度的关键环节，联合标定结果的准确性直接决定了联合测量的尺寸精度与稳定性。

2、现有多组光传感器联合标定方法主要分为传统标定法和自标定法两类。传统标定法依赖平面或球形靶标作为空间参照物，通过空间点与图像点的对应关系建立约束，其优点是精度较高，但平面靶标难以覆盖多传感器大视野，球形靶标加工成本高且易受噪声干扰；自标定法无需靶标，仅依靠多帧图像对应点求解参数，但其标定精度难以保证，无法满足工业高精度测量需求。

3、此外，现有标定方法通常直接采用icp算法进行点云配准，未结合靶标真实尺寸作为约束条件，易使配准过程收敛至局部最优解，同时对传感器排布与靶标设计的适配性较差，难以灵活应对不同工业测量场景的标定需求。

4、本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明提出了一种多组光传感器联合标定方法及系统，以解决现有联合标定方法存在的靶标适配性差、点云噪声干扰大、配准易陷入局部最优的的技术问题。

2、为实现上述发明/设计目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

3、一种多组光传感器联合标定方法，所述方法包括：

4、调整至少两组光传感器的光平面共面，每组光传感器的视野下均能采集到圆柱靶标的标志圆柱和若干外围圆柱；所述圆柱靶标为位于基板上的圆柱阵列标定靶标；

5、所述光传感器同步采集所述圆柱靶标的二维点云数据；

6、对所述二维点云数据进行聚类除噪处理，拟合各圆柱的二维圆心坐标；

7、获取所述圆柱靶标的圆柱在世界坐标系下的真实二维圆心坐标，以所述真实二维圆心坐标和拟合的二维圆心坐标求解二维刚性变换矩阵，得到每组光传感器的二维旋转矩阵初始值和二维平移向量初始值，作为每组光传感器的外参初始值；所述世界坐标系为以所述标志圆柱真实圆心为原点、以所述基板的水平与竖直方向分别为坐标轴的坐标系；

8、将圆柱真实半径作为尺寸硬约束代入配准模型构建误差函数，迭代优化求解每组光传感器的最优旋转矩阵与最优平移向量，作为每组光传感器的最优外参参数；

9、将所述光传感器采集的二维坐标数据通过对应的最优旋转矩阵与平移向量转换至所述统一世界坐标系。

10、如上所述的多组光传感器联合标定方法，对所述二维点云数据进行聚类除噪处理，拟合各圆柱的二维圆心坐标的方法包括：

11、采用基于欧氏距离的聚类处理方法，设定距离阈值剔除所述二维点云数据中的孤立噪声点和杂散点簇，保留各圆柱对应的有效二维点簇；

12、对每个圆柱对应的有效二维点簇采用最小二乘法拟合二维圆模型，求解得到每组光传感器视野下各圆柱的二维圆心坐标。

13、如上所述的多组光传感器联合标定方法，所述圆柱靶标在世界坐标系下的圆柱的真实二维圆心坐标为，拟合的二维圆心坐标为，构建二维刚性变换矩阵的约束关系：，其中，k为所述光传感器的组数，j为圆柱的个数，为第k组光传感器对应的2×2二维旋转矩阵，为对应的二维平移向量；求解得到第k组光传感器的二维旋转矩阵初始值与二维平移向量初始值，作为该组光传感器的外参初始值。

14、如上所述的多组光传感器联合标定方法，所述误差函数；其中，为第个圆柱的真实半径，m为圆柱的个数；以二维旋转矩阵初始值与二维平移向量初始值为迭代起点，通过迭代算法不断更新旋转矩阵与平移向量，计算每次迭代后的误差函数值，直至误差函数值小于设定的收敛阈值，停止迭代并输出各组光传感器分别对应的最优旋转矩阵与最优平移向量，作为该组光传感器的最优外参参数。

15、如上所述的多组光传感器联合标定方法，对于任意一组光传感器采集的二维坐标数据，通过该组光传感器的最优外参参数转换至所述世界坐标系：。

16、如上所述的多组光传感器联合标定方法，所述圆柱靶标的圆柱在世界坐标系下的真实二维圆心坐标的确定方法为，事先将所述圆柱标靶置于三坐标测量仪上，以垂直于所述基板上表面向上为y轴建立坐标系，分别测量三个高度平面内圆柱周线上的若干点，计算得到所有圆柱的真实二维圆心坐标。

17、如上所述的多组光传感器联合标定方法，所述标志圆柱的直径大于所述外围圆柱的直径，所述标志圆柱位于所述基板的中心。

18、一种多组光传感器联合标定系统，所述系统包括：

19、圆柱靶标，为位于基板上的圆柱阵列标定靶标，所述圆柱阵列包括标志圆柱和若干外围圆柱；

20、至少两组光传感器，其光平面共面，每组光传感器的视野下均能采集到圆柱靶标的标志圆柱和若干外围圆柱；

21、控制模块，配置为基于上述的联合标定方法将所述光传感器采集的二维坐标数据转换至所述世界坐标系。

22、如上所述的多组光传感器联合标定系统，将多组传感器的所有最优外参参数导入所述控制模块，在所述控制模块中完成外参参数的配置与保存。

23、如上所述的多组光传感器联合标定系统，所述标志圆柱的直径大于所述外围圆柱的直径，所述标志圆柱位于基板的中心。

24、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：多组光传感器联合标定方法通过圆柱靶标为每组光传感器视野下分配圆柱阵列设计，实现了多组光传感器视野的全覆盖，解决了传统靶标视野受限的问题；对二维点云数据进行聚类除噪处理，剔除噪声点与杂散点簇；提出带圆柱真实半径尺寸硬约束的迭代优化配准方法，以粗配准得到的二维刚性变换矩阵为初始值引导，将圆柱真实半径融入误差函数核心设计，为配准过程提供了可靠的几何约束，有效避免配准陷入局部最优，显著提升了配准精度；建立以标志圆柱真实圆心为原点的统一世界坐标系，实现了多传感器坐标系的精准统一，进一步增强了多组光传感器联合测量的准确性与稳定性，适用于复杂工业测量场景。

25、结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

1.一种多组光传感器联合标定方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的多组光传感器联合标定方法，其特征在于，对所述二维点云数据进行聚类除噪处理，拟合各圆柱的二维圆心坐标的方法包括：

3.根据权利要求1所述的多组光传感器联合标定方法，其特征在于，所述圆柱靶标在世界坐标系下的圆柱的真实二维圆心坐标为，拟合的二维圆心坐标为，构建二维刚性变换矩阵的约束关系：，其中，k为所述光传感器的组数，j为圆柱的个数，为第k组光传感器对应的2×2二维旋转矩阵，为对应的二维平移向量；求解得到第k组光传感器的二维旋转矩阵初始值与二维平移向量初始值，作为该组光传感器的外参初始值。

4.根据权利要求3所述的多组光传感器联合标定方法，其特征在于，所述误差函数；其中，为第个圆柱的真实半径，m为圆柱的个数；以二维旋转矩阵初始值与二维平移向量初始值为迭代起点，通过迭代算法不断更新旋转矩阵与平移向量，计算每次迭代后的误差函数值，直至误差函数值小于设定的收敛阈值，停止迭代并输出各组光传感器分别对应的最优旋转矩阵与最优平移向量，作为该组光传感器的最优外参参数。

5.根据权利要求4所述的多组光传感器联合标定方法，其特征在于，对于任意一组光传感器采集的二维坐标数据，通过该组光传感器的最优外参参数转换至所述世界坐标系：。

6.根据权利要求1所述的多组光传感器联合标定方法，其特征在于，所述圆柱靶标的圆柱在世界坐标系下的真实二维圆心坐标的确定方法为，事先将所述圆柱标靶置于三坐标测量仪上，以垂直于所述基板上表面向上为y轴建立坐标系，分别测量三个高度平面内圆柱周线上的若干点，计算得到所有圆柱的真实二维圆心坐标。

7.根据权利要求1所述的多组光传感器联合标定方法，其特征在于，所述标志圆柱的直径大于所述外围圆柱的直径，所述标志圆柱位于所述基板的中心。

8.一种多组光传感器联合标定系统，其特征在于，所述系统包括：

9.根据权利要求8所述的多组光传感器联合标定系统，其特征在于，将多组传感器的所有最优外参参数导入所述控制模块，在所述控制模块中完成外参参数的配置与保存。

10.根据权利要求8所述的多组光传感器联合标定系统，其特征在于，所述标志圆柱的直径大于所述外围圆柱的直径，所述标志圆柱位于基板的中心。