为了线结构光平面标定的准确性和高效性，以及提高线结构光平面标定方法的普适性，提出了一种基于2维圆形标靶的线结构光平面标定方法。采用光条提取算法得到照射在2维圆形标定靶任意位置处光条中心点的亚像素坐标值，将光条上所有点拟合成直线，交圆形标定靶每列靶标连线于一点; 得到每列靶标连线与拟合出的光条中心线交点后，连接交点与相机光学中心形成一条直线; 联立该连线的直线方程与像素坐标系下两条交线的直线方程，以及2维圆形标定靶所在平面的方程，求解出每个交点在相机坐标系下的坐标; 最后采用最小二乘拟合算法进行平面拟合，得到了所求光平面方程; 介绍了该标定方法的基本原理和实现过程，搭建实验系统对其有效性进行了验证。结果表明，用该方法求取光平面的平均测量误差可以达到2.36737 mm，鲁棒性高，且标定流程十分简便，适用于一般的工程应用和机械加工过程。该研究为线结构光传感器的光平面标定提供了参考。

为提高标定精度,提出一种基于直线空间变换的光平面标定方法。首先利用互相关模板与5点滑动平均法提取激光条纹中心,然后采用正交回归法拟合图像中的光条直线方程。通过平面单应性变换获得靶标面光条直线方程,进一步再将靶标坐标系中的直线方程转换成Plücker矩阵形式。根据位姿转换关系得到相机坐标系下的直线方程,并建立超静定线面共面约束方程组,使用奇异值分解(SVD)求解光平面方程参数。所提方法测量的标准台阶块长度方均根(RMS)为0.065mm,平均误差小于0.030mm,圆柱直径的测量平均误差与RMS小于0.050mm。结果表明,利用光条自身整体信息拟合光平面,所提方法可实现较高的标定精度且标定过程简单,同时避免对每个特征点进行单独求解。

针对折射现象对水下视觉系统的影响并为了实现视觉系统的便携性,本文构建了基于光平面约束的水下视觉测量系统。首先,建立了基于光平面约束的水下结构光测量模型,并从理论上证明了当投影仪垂直于折射平面投射且光平面经过投射光轴时,陆上投射光线与投影光轴构成的空气中的光平面以及水下折射光线与折射平面法向量构成的水下光平面为同一平面,这样从理论上证明了陆上标定代替水下标定的可行性,避免了光平面的水下标定过程;然后,根据光平面簇共线的约束条件设计了中心旋转编码光模式,通过光平面旋转角度实现了对投影光模式的编解码;最后,按照测量模型中的光平面约束条件,提出了对应的陆上优化标定方法。实验结果证明,本文提出的水下视觉测量系统在2 m以内的测量距离上,可以获得1.72 mm的测量精度。该系统可用于弥补当前水下声学三维形貌测量中无法进行近距离、高精度和高分辨率测量的不足,有效地避免了水下标定操作,提高了水下视觉测量系统的便携性,有利于扩大视觉测量系统在水下工程探测、水下三维形貌测量、水下结构缺陷检测中的应用。

提出通过构造光刀平面，采用单应性矩阵的计算方法，完成线结构光系统标定。该方法通过在相机景深范围内平移标定靶，获取不同位置的光刀图像和靶标图像，从同一位置的两幅图中提取出特征点图像，构成一个光刀平面。按照相机针孔成像模型，可以建立光刀平面与相机系统的单应性矩阵关系，并计算出该矩阵，从而完成标定。在测量时，只需根据提取出的光刀图像像素坐标，结合单应性矩阵即可得到待测物体坐标，再结合平移设备，便可完成对整个物体的测量。实验证明，线结构光系统标定最大残差小于0.05 mm，标准差小于0.02 mm，两个面之间的测量距离相对误差低于1.3%。整个系统标定过程简单，适用于快速标定线结构光系统和工业化测量。

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。连接光条中心任意特征点与相机中心以形成一条直线;联立直线方程与靶标参照物平面方程,求解特征点在相机坐标系下的坐标,继而求解2条及以上的光条中心点在相机坐标系下的坐标;基于最小二乘法,利用所有光条中心特征点计算光平面在相机坐标系下的方程。实验结果表明,该方法的准确性和鲁棒性均优于现有的标定方法。

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:标定靶物、光平面标定方法以及标定精度评定方法的比较。首先,总结了常用的标定靶物类型及其标定特点,为标定靶物的选型提供参考;然后,按照标定靶物和传感器标定时的相对运动关系,将当前主要的光平面标定方法划分为三类,分别是靶物与传感器位置关系固定不动的标定方法、靶物与传感器之间存在可控运动的标定方法以及靶物与传感器之间可自由移动的标定方法;其次,系统归纳了现有标定精度的评定方法,分析了各种方法的原理以及特点;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。

将传统的反射光线与入射光线求交问题转化为反射光线与入射光线所在平面的求交问题并构建线面模型.使用点光源替代传统连续面光源, 通过检测入射光线上两点或多点光源的投射光线确定入射光平面, 通过反射光线和入射光平面求交确定镜面三维点.基于镜面位姿标定方法提出线面偏折术系统的标定方法, 只需一次标定即可用于镜面测量.仿真分析了位姿关系标定结果对系统重建精度的影响.系统测量最大误差为0.25 mm, 误差均方根值为0.073 mm.实验验证了所提方法的可行性, 实验结果表明该方法具有较高的测量精度.

为了满足加工中心在机检测的实时性需求, 实现高效率、低成本、高精度地标定线结构光传感器, 提出了一种基于同心圆平面靶标标定线结构光平面参数的新方法。该方法将三点透视模型和交比不变原理相结合, 在线结构光传感器的视觉范围内通过移动同心圆平面靶标, 计算得到光平面上多组标定点的三维坐标, 进而使用最小二乘算法确定光平面方程, 通过标定和检测实验分析并验证了该方法的有效性。该方法具有标定算法简单且操作灵活方便等优点, 适合加工检测等领域的现场标定。