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。

为了现场完成线结构光视觉传感器中摄像机和光平面的同时标定，提出了一种基于单一圆形标靶标定线结构光视觉传感器的方法，该平面标靶包含一个同心圆以及过圆心的两条正交直线。通过共轭点原理线性计算摄像机内参数的初值，并根据正交性约束进行迭代优化。然后，多次移动传感器，保持结构光与同心圆相交，使其构成三点透视模型(P3P)，依此计算光平面上标定点的三维坐标。最后，利用最小二乘法拟合出光平面方程，从而完成光平面方程的标定。实验结果表明：该方法具有较高的精度，平均测量精度为0.036 82 mm，相对测量误差为0.277 13%。该标定方法仅需同一标靶即可完成摄像机内参数和光平面方程的标定，降低了标定成本，且计算简单、操作灵活，适宜现场环境标定。

提出了一种基于主动视觉的光平面标定方法实现对线结构光传感器的自动标定。与以往求取光平面上标定点后拟合平面的方法不同，该方法通过控制传感器做若干平移运动分两步完成标定。首先，经多次平移运动得到光平面中相互平行直线在摄像机中的投影，经计算消影点完成光平面法向的标定。然后，控制传感器沿设定的与光平面法向垂直的方向做2次平移运动，使其满足三点透视模型(P3P)，完成摄像机坐标系原点到光平面距离信息的标定。实验结果表明：该标定方法具有较高的准确性，平均绝对测量偏差为0.015 4 mm，相对误差为0.183 0％。该方法本质上属于自标定方法，标定过程无需使用标靶，降低了标定成本，且操作灵活方便，适合现场标定。