本发明涉及一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统和方法，系统组成包括：相机，用于采集来自目标的散射光线，获取多视角图像序列；偏摆平板装置，用于改变相机的成像视轴指向，产生立体视觉测量所需的有效视差信息；激光测距装置，用于主动获取特定位置的视距信息，为修正立体视觉测量结果提供依据。与现有技术相比，本发明利用光学平板的偏摆运动实现精确稳定的视轴调整，结合激光主动测距提升变视轴视觉测量方法的准确度和可靠性，既可通过简单紧凑的系统组成实现全视场、高分辨、多视角的图像采集，又可通过灵活可靠的在线校正方法保证高效率、高精度、强适应性的三维测量。
1.一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，其特征在于，包括相机、偏摆平板装置和激光测距装置，所述偏摆平板装置位于相机的镜头前方，用于控制相机的成像视轴指向，所述激光测距装置包括至少一台激光测距仪，每台激光测距仪的光轴方向与相机视轴平行或者成一定夹角布置，激光测距仪发出的激光波长处在成像波段范围内，使相机可在其视场范围内捕获激光光斑的位置；
基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统的测量方法包括以下步骤：
S1、按照相机、偏摆平板装置和激光测距装置三者给定的位姿关系构建测量系统的工作坐标系、相机坐标系和激光测距装置坐标系；
S2、利用相机和激光测距装置同步测量不同距离上的标靶位置，根据激光测距信息和相机捕获的激光光斑图像构建相机和每台激光测距仪的坐标转换优化函数，结合非线性优化方法求解相机和激光测距仪的坐标转换参数；
S3、控制偏摆平板装置依次到达预期的角度位置，触发相机在不同成像视轴指向下采集目标的多视角图像序列，基于立体匹配和三角测量原理分别计算各个激光光斑和目标点的三维坐标；
S4、利用激光测距装置获取激光光斑的距离信息，与通过相机得到的视觉测量结果比较得到各个激光光斑的视距误差，通过插值方法计算目标点的距离误差，以此校正相机得到的目标点三维坐标；
S21、控制偏摆平板装置回到初始零位状态，将一个标靶放在与相机光轴垂直的平面上，并且沿着相机光轴方向移动标靶，使其先后到达z1,z2,…,zK位置；
S22、每当标靶移动到指定的轴向位置时，利用激光测距仪测量落在标靶上的激光光斑距离dk，同时触发相机采集光斑图像，提取光斑质心的图像坐标pk；
S23、利用逆向光线追迹方法，根据光斑质心的像点位置确定其在相机坐标系下的三维坐标 同时根据激光测距信息确定其在激光测距仪坐标系下的三维坐标 由此得到关于相机和激光测距仪坐标转换Tw的优化函数为：其中下标w用于区分不同的激光测距仪，f表示相机的镜头焦距，K表示标靶移动位置的总数量，矩阵Tw包含激光测距仪坐标系相对于相机坐标系的三维旋转角度和平移分量；
2.根据权利要求1所述的一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，其特征在于，所述偏摆平板装置包括偏摆驱动机构和一块平面板，该平面板为透明玻璃板，所述偏摆驱动机构驱动平面板进行非光轴方向的一维偏摆运动。
3.根据权利要求1所述的一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，其特征在于，所述步骤S1中，根据右手定则建立测量系统的工作坐标系O‑XYZ，原点O固定于相机光心位置，Z轴与相机光轴方向重合，X轴和Y轴均与Z轴正交，两者分别对应相机中图像传感器的行扫描和列扫描方向；根据右手定则确定激光测距装置中每台激光测距仪的局部坐标系，其Z轴方向与各自的激光出射方向重合。
4.根据权利要求1所述的一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，当激光测距装置包括两台及以上激光测距仪时，利用相机可在单幅采集图像中捕获多个光斑位置的特点，通过步骤S23的方法同步标定每台激光测距仪相对于相机的坐标转换矩阵。
5.根据权利要求1所述的一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31、控制偏摆平板装置的运动，使平面板依次到达θ1,θ2,…,θH一系列摆角位置，每当平板到达预期位置时，触发相机采集目标的图像信息；
S32、结合矢量折射定律和平面板的摆角变化信息，推导相机成像视轴指向的运动规律，由偏摆平板造成的成像视轴偏移量cs(θ)沿着Y轴方向，表示为：其中t为平面板的厚度，n为平面板的折射率；
S33、利用相机在不同平板摆角下采集的目标图像满足列对准关系，结合视轴偏移量限定同名像点的立体搜索与匹配范围，在起始摆角θ1下给定像点m1可在任意其他摆角θh下寻找同名像点mh，两者的映射关系表示为：F:m1→mh,λd(cs(θh)‑cs(θ1))≤ymh‑ym1≤λu(cs(θh)‑cs(θ1))其中ym1和ymh分别为像点m1和mh的Y向图像坐标，λd和λu为控制搜索范围的尺度因子；
S34、结合从多视角图像序列中建立的同名像点匹配关系，基于三角测量原理构造目标点M的三维坐标估计方程，表示为：其中H为平板偏摆角度的总数量，(xm1,ym1),(xm2,ym2),…,(xmH,ymH)分别为对应像点的X向和Y向图像坐标，cm表示从任意像点出发的逆向追迹光线经过偏摆平板后在Y方向的偏移量， 为估计坐标。
6.根据权利要求5所述的一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，其特征在于，所述偏移量cm的表达式为：其中(xm,ym)分别为对应像点的X向和Y向图像坐标，θ为摆角位置，f为相机的镜头焦距，n为平面板的折射率，α为逆向追迹光线在Y方向的俯仰角，β为经过平板侧面产生的折射角。
7.根据权利要求5所述的一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，其特征在于，所述步骤S4具体包括：S41、利用激光测距装置中的每台激光测距仪获取对应激光点位置的距离信息dw，结合相机和激光测距仪坐标转换矩阵Tw计算其在相机坐标系下的准确三维坐标 表示为：S42、从相机在不同平板摆角下采集的目标图像序列中，提取各个激光光斑质心的图像坐标，并基于三角测量原理获取激光点在相机坐标系下的估计三维坐标：S43、比较激光测距获取的准确三维坐标和视觉测量得到的估计三维坐标，计算相机的视觉测量对各个激光点产生的Z方向测量误差ew，在此基础上建立测量误差随着Z方向距离变化的数学模型，表示为：其中下标w用于区分不同的激光测距仪，W表示激光测距装置包含的激光测距仪数量，a0、a1和a2为二次拟合函数的系数，可根据一系列测量误差ew构建超定线性方程组进行求解；
S44、根据步骤S43建立的误差拟合模型，推算对目标点M的视觉测量结果的Z方向误差，得到其修正后的Z向坐标，结合相机透视投影模型中X向和Y向坐标与Z向坐标的比例缩放关系，得到修正后的目标点三维坐标：其中，θ为平板偏摆角度，下标h用于区分不同的平板偏摆角度，H为平板偏摆角度的总数量，f为相机的镜头焦距，(xm,ym)分别为目标点像点的X向和Y向图像坐标，cm为从像点出发的逆向追迹光线经过偏摆平板后在Y向的偏移量。
一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及机器视觉领域，尤其是涉及基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统和方法。
背景技术
[0002] 立体视觉测量是获取目标三维位姿的重要技术途径，具有非接触、宽光谱、高效率等优势，在工业自动化、无人自主导航、空间交会对接等领域不断得到应用。传统的立体视觉测量方法依赖两台甚至更多数量的相机采集目标的多视角图像信息，再从中解算目标的三维位置坐标及姿态角度。然而，此类方法会增加测量系统的物理尺寸和安装空间，其固定的配置形式也会降低测量方法的灵活性和适应性。而且，由于立体视觉测量模型的固有误差，视觉系统的测量精度随着目标距离的增加迅速下降，限制着其在较远距离条件下的测量应用。
[0003] 针对传统立体视觉的系统紧凑性、测量准确性、环境适应性等问题，以下给出几种典型的立体视觉测量解决方案：
[0004] 在先技术(赵祚喜等，单相机多角度的空间点坐标测量方法，公布号：CN109141226A，公布日：2019年1月4日)通过改变单相机的拍摄角度采集包含合作标志点的多视角目标图像信息，从而解算目标的三维坐标。此类方法需在目标表面布设标志，要求多次改变相机拍摄角度，具体实施的灵活性受到限制。
[0005] 在先技术(江毅然等，一种使用单相机估算目标距离的方法及系统，公布号：CN112489116A，公布日：2021年3月12日)利用目标的成像面积与距离之间的线性关系，从单次成像结果估计目标距离。此类方法仅针对形状尺寸固定的物体，也未考虑目标姿态对成像面积的影响，在实际应用场合的适应性比较有限。
发明内容
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统和方法。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] 一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，包括相机、偏摆平板装置和激光测距装置，所述偏摆平板装置位于相机的镜头前方，用于控制相机的成像视轴指向，所述激光测距装置包括至少一台激光测距仪，每台激光测距仪的光轴方向与相机视轴平行或者成一定夹角布置，激光测距仪发出的激光波长处在成像波段范围内，使相机可在其视场范围内捕获激光光斑的位置。
[0009] 进一步地，所述偏摆平板装置包括偏摆驱动机构和一块平面板，该平面板为透明玻璃板，所述偏摆驱动机构驱动平面板进行非光轴方向的一维偏摆运动。
[0010] 一种根据上述的基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统的测量方法，包括以下步骤：
[0011] S1、按照相机、偏摆平板装置和激光测距装置三者给定的位姿关系构建测量系统的工作坐标系、相机坐标系和激光测距装置坐标系；
[0012] S2、利用相机和激光测距装置同步测量不同距离上的标靶位置，根据激光测距信息和相机捕获的激光光斑图像构建相机和每台激光测距仪的坐标转换优化函数，结合非线性优化方法求解相机和激光测距仪的坐标转换参数；
[0013] S3、控制偏摆平板装置依次到达预期的角度位置，触发相机在不同成像视轴指向下采集目标的多视角图像序列，基于立体匹配和三角测量原理分别计算各个激光光斑和目标点的三维坐标；
[0014] S4、利用激光测距装置获取激光光斑的距离信息，与通过相机得到的视觉测量结果比较得到各个激光光斑的视距误差，通过插值方法计算目标点的距离误差，以此校正相机得到的目标点三维坐标。
[0015] 进一步地，所述步骤S1中，根据右手定则建立测量系统的工作坐标系O‑XYZ，原点O固定于相机光心位置，Z轴与相机光轴方向重合，X轴和Y轴均与Z轴正交，两者分别对应相机中图像传感器的行扫描和列扫描方向；根据右手定则确定激光测距装置中每台激光测距仪的局部坐标系，其Z轴方向与各自的激光出射方向重合。
[0016] 进一步地，所述步骤S2具体包括：
[0017] S21、控制偏摆平板装置回到初始零位状态，将一个标靶放在与相机光轴垂直的平面上，并且沿着相机光轴方向移动标靶，使其先后到达z1,z2,…,zK位置；
[0018] S22、每当标靶移动到指定的轴向位置时，利用激光测距仪测量落在标靶上的激光光斑距离dk，同时触发相机采集光斑图像，提取光斑质心的图像坐标pk；
[0019] S23、利用逆向光线追迹方法，根据光斑质心的像点位置确定其在相机坐标系下的三维坐标 同时根据激光测距信息确定其在激光测距仪坐标系下的三维坐标 由此得到关于相机和激光测距仪坐标转换Tw的优化函数为：
[0020]
[0021] 其中下标w用于区分不同的激光测距仪，f表示相机的镜头焦距，K表示标靶移动位置的总数量，矩阵T包含激光测距仪坐标系相对于相机坐标系的三维旋转角度和平移分量；
[0022] S24、通过非线性优化方法求解优化函数。
[0023] 进一步地，当激光测距装置包括两台及以上激光测距仪时，利用相机可在单幅采集图像中捕获多个光斑位置的特点，通过步骤S23的方法同步标定每台激光测距仪相对于相机的坐标转换矩阵。
[0024] 进一步地，所述步骤S3具体包括：
[0025] S31、控制偏摆平板装置的运动，使平面板依次到达θ1,θ2,…,θH一系列摆角位置，每当平板到达预期位置时，触发相机采集目标的图像信息；
[0026] S32、结合矢量折射定律和平面板的摆角变化信息，推导相机成像视轴指向的运动规律，由偏摆平板造成的成像视轴偏移量cs(θ)沿着Y轴方向，表示为：
[0027]
[0028] 其中t为平面板的厚度，n为平面板的折射率；
[0029] S33、利用相机在不同平板摆角下采集的目标图像满足列对准关系，结合视轴偏移量限定同名像点的立体搜索与匹配范围，在起始摆角θ1下给定像点m1可在任意其他摆角θh下寻找同名像点mh，两者的映射关系表示为：
[0030] F:m1→mh,λd(cs(θh)‑cs(θ1))≤ymh‑ym1≤λu(cs(θh)‑cs(θ1))[0031] 其中ym1和ymh分别为像点m1和mh的Y向图像坐标，λd和λu为控制搜索范围的尺度因子；
[0032] S34、结合从多视角图像序列中建立的同名像点匹配关系，基于三角测量原理构造目标点M的三维坐标估计方程，表示为：
[0033]
[0034] 其中H为平板偏摆角度的总数量，(xm1,ym1),(xm2,ym2),…,(xmH,ymH)分别为对应像点的X向和Y向图像坐标，cm表示从任意像点出发的逆向追迹光线经过偏摆平板后在Y方向的偏移量， 为估计坐标。
[0035] 进一步地，所述偏移量cm的表达式为：
[0036]
[0037] 其中(xm,ym)分别为对应像点的X向和Y向图像坐标，θ为摆角位置，f为相机的镜头焦距，n为平面板的折射率，α为逆向追迹光线在Y方向的俯仰角，β为经过平板侧面产生的折射角。
[0038] 进一步地，所述步骤S4具体包括：
[0039] S41、利用激光测距装置中的每台激光测距仪获取对应激光点位置的距离信息dw，结合相机和激光测距仪坐标转换矩阵Tw计算其在相机坐标系下的准确三维坐标 表示为：
[0040]
[0041] S42、从相机在不同平板摆角下采集的目标图像序列中，提取各个激光光斑质心的图像坐标，并基于三角测量原理获取激光点在相机坐标系下的估计三维坐标：
[0042]
[0043] S43、比较激光测距获取的准确三维坐标和视觉测量得到的估计三维坐标，计算相机的视觉测量对各个激光点产生的Z方向测量误差ew，在此基础上建立测量误差随着Z方向距离变化的数学模型，表示为：
[0044]
[0045] 其中下标w用于区分不同的激光测距仪，W表示激光测距装置包含的激光测距仪数量，a0、a1和a2为二次拟合函数的系数，可根据一系列测量误差ew构建超定线性方程组进行求解；
[0046] S44、根据步骤S43建立的误差拟合模型，推算对目标点M的视觉测量结果的Z方向误差，得到其修正后的Z向坐标，结合相机透视投影模型中X向和Y向坐标与Z向坐标的比例缩放关系，得到修正后的目标点三维坐标：
[0047]
[0048] 其中，θ为平板偏摆角度，下标h用于区分不同的平板偏摆角度，H为平板偏摆角度的总数量，f为相机的镜头焦距，(xm,ym)分别为目标点像点的X向和Y向图像坐标，cm为从像点出发的逆向追迹光线经过偏摆平板后在Y向的偏移量。
[0049] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0050] 1、本发明通过在单台相机基础上引入偏摆平板装置和激光测距装置，结合偏摆平板装置的成像视轴平移作用与激光测距装置的主动视距获取功能，具有紧凑的系统结构和灵活的成像模式，可以实现精确、稳定、高效的在线三维测量。
[0051] 2、本发明提出结合逆向光线追迹和非线性优化方法的测量系统标定方法，利用激光测距仪发射的光斑作为标定特征，结合相机单次拍摄的激光光斑图像信息构造标定目标函数，可以同步标定相机和所有激光测距仪的坐标转换关系。
[0052] 3、本发明通过平板偏摆运动改变相机的成像视轴指向，根据几何关系确定多视角目标图像序列的对准约束和偏移范围，可以大幅缩减立体匹配的搜索范围和运算时间，提升从同名像点位置估计目标点三维坐标的快速性和可靠性。
[0053] 4、本发明利用激光光斑的合作定位功能获取变视轴视觉三维测量误差，建立基于主动视距信息的深度测量误差拟合模型，结合视觉测量数学模型实现三维坐标的在线校正，可以克服传统单目视觉测量的精度、效率和可靠性较差等问题。
附图说明
[0054] 图1为本发明的系统结构示意图。
[0055] 图2为偏摆平板装置的结构示意图。
[0056] 图3为基于主动视距的变视轴立体视觉测量方法流程图。
[0057] 图4为变视轴立体视觉测量系统参数同步标定方法的示意图。
[0058] 图5a和图5b为利用偏摆平板运动实现多视角图像采集的原理图。
[0059] 图6为变视轴立体视觉测量及在线校正过程的信息传递示意图。
[0060] 附图标记：1‑相机，2‑偏摆平板装置，21‑平面板，22‑平板支座，23‑步进电机，24‑第一联轴器，25‑编码器，26‑第二联轴器，27‑基座。
具体实施方式
[0061] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0062] 实施例一
[0063] 如图1和图2所示，本实施例中提出一种基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，包括相机1、偏摆平板装置2和激光测距装置。
[0064] 相机1包括图像传感器和光学镜头，图像传感器的靶面尺寸和像素分辨率、镜头的焦距、景深等参数由被测目标的尺寸和距离决定，图像传感器的探测波段由被测目标的物理属性决定，为可见光波段或红外光波段。
[0065] 偏摆平板装置2包括一块透明的平面板21和偏摆驱动机构，平面板21由透明玻璃材料制成，可绕X轴方向进行往复偏摆运动，其尺寸、厚度、折射率等参数由系统测量范围决定；平面板21在初始零位状态下满足平面板21侧面与相机1靶面的平行关系，通过偏摆驱动机构驱动实现快速精确的角度调整；偏摆运动机构可采用步进电机直驱、齿轮齿条传动、曲柄滑块传动、凸轮传动、微机电系统驱动等方式。本实施例中优选步进电机直驱方案，平面板21和偏摆驱动机构均安装在基座27上。其中平面板21通过胶水粘接方式安装在平板支座22中，步进电机23通过第一联轴器24驱动平板支座22实现偏摆，编码器25通过第二联轴器
26与平板支座22连接，记录和反馈其偏摆角度信息。
[0066] 激光测距装置包括第一激光测距仪31和第二激光测距仪32，每台激光测距仪的光轴方向与相机1的视轴方向平行或呈一定的小夹角布置，其探测距离和精度由目标测量范围和精度决定，发出的激光波长处在相机的成像波段范围内，保证相机能在视场范围内同时捕获两个激光光斑的图像位置。
[0067] 本实施例在单台相机1的基础上引入偏摆平板装置2和激光测距装置，能利用偏摆平板装置2的成像视轴平移作用，采集被测目标的多视角图像序列，同时结合激光测距装置主动获取目标场景的视距信息，对变视轴视觉测量得到的三维坐标进行在线校正，最终实现大范围、高精度、高效率的立体视觉测量。相比于已有的单目或双目立体视觉测量系统，本实施例的变视轴立体视觉测量系统不依赖相机本身的任何运动或目标表面的合作标志，还能克服远距离视觉测量误差过大的问题，同时满足系统的结构紧凑性、测量灵活性、环境适应性等性能要求。
[0068] 实施例二
[0069] 如图3～图6所示，本实施例中提出一种基于实施例一中主动视距的变视轴立体视觉测量系统的测量方法，具体包括以下步骤：
[0070] 步骤S1：系统参数匹配与坐标系建立。
[0071] 根据变视轴立体视觉测量系统的测量范围和分辨率等要求，确定相机1、偏摆平板装置2、第一激光测距仪31和第二激光测距仪32的光学参数和结构参数，按照其相对位姿关系构建基于主动视距的变视轴立体视觉测量系统，以及测量系统的工作坐标系、相机坐标系和激光测距仪坐标系。
[0072] 根据右手定则建立测量系统的工作坐标系O‑XYZ，原点O固定于相机光心位置，Z轴与相机光轴方向重合，X轴和Y轴均与Z轴正交，两者分别对应图像传感器的行扫描和列扫描方向。同理，根据右手定则确定第一激光测距仪31和第二激光测距仪32的局部坐标系，其Z轴方向与各自的激光出射方向重合，X轴和Y轴均与Z轴正交。
[0073] 步骤S2：相机与激光测距装置位姿标定，具体步骤如下。
[0074] 步骤S21：控制偏摆平板装置回到初始零位状态θ＝0°，将一个标靶放在与Z轴方向垂直的平面上，然后沿着相机的光轴轴向移动标靶至z1＝0.5m,z2＝0.6m,…,z46＝5m等一系列位置，如图4所示；
[0075] 步骤S22：每当标靶移动到指定的轴向位置zk时，利用两台激光测距仪测量各自打在标靶上的光斑距离dlk和drk，同时触发相机采集包含两个光斑的图像，从中提取光斑质心的图像坐标plk和prk；
[0076] 步骤S23：对于每个标靶位置zk，根据光斑质心的像点位置plk和prk进行逆向光线追迹，计算每个激光光斑在相机坐标系下的三维坐标 和 同时根据激光测距信息确定其在激光测距仪坐标系下的三维坐标 和 按照视觉测量与激光测距的偏差最小化原则构建目标函数，得到相机和第一激光测距仪的坐标转换矩阵Tl及与第二激光测距仪的坐标转换矩阵Tr，即：
[0077]
[0078]
[0079] 其中，f表示相机的镜头焦距，K表示标靶移动位置的总数量，上式可通过经典的非线性优化方法进行求解，如牛顿法、迭代梯度下降法、置信区间法等。
[0080] 步骤S3：可变视轴图像采集与三维测量，具体步骤如下。
[0081] 步骤S31：控制偏摆平板装置的运动，使平板依次到达θ1＝‑20°,θ2＝‑15°,…,θ9＝20°等一系列摆角位置，如图5a和图5b所示；并在每个摆角位置处，触发相机采集目标的图像信息；
[0082] 步骤S32：结合矢量折射定律和平面板的摆角变化，推导相机成像视轴指向的运动规律，由偏摆平板造成的成像视轴偏移量沿着Y轴方向，表示为：
[0083]
[0084] 其中t为平面板的厚度，n为平面板的折射率；
[0085] 步骤S33：由于平板偏摆使得相机视轴沿Y轴平移运动，相机在不同平板摆角下采集的目标图像满足列对准关系，结合步骤S32得到的视轴偏移量，确定同名像点的立体搜索与匹配范围，如在起始摆角θ1下给定像点m1，寻找其他任意摆角θh下采集图像包含的同名像点mh，两者满足如下映射关系：
[0086] F:m1→mh,λd(cs(θh)‑cs(θ1))≤ymh‑ym1≤λu(cs(θh)‑cs(θ1))[0087] 其中ym1和ymh分别为像点m1和mh的Y向图像坐标，λd和λu为控制搜索范围的尺度因子，与系统参数误差和像点所在位置有关；
[0088] 步骤S34：结合从多视角图像序列中建立的同名像点匹配关系，基于三角测量原理构造感兴趣目标点M的三维坐标估计方程，表示为：
[0089]
[0090] 其中f表示相机的镜头焦距，(xm1,ym1),(xm2,ym2),…,(xm9,ym9)分别为对应像点的X向和Y向图像坐标，cm表示从给定像点出发的逆向追迹光线经过偏摆平板后在Y方向的偏移量，即：
[0091]
[0092] 其中α为逆向追迹光线在Y方向的俯仰角，β为经过平板侧面产生的折射角。
[0093] 步骤S4：主动视距获取与在线误差校正，具体步骤如下。
[0094] 步骤S41：利用两台激光测距仪向目标发射测量光束，获取对应激光光斑的距离信息dl和dr，结合步骤S23得到的转换矩阵Tl和Tr，分别计算两个激光光斑在相机坐标系下的准确三维坐标 和 表示为：
[0095]
[0096]
[0097] 步骤S42：利用步骤S3所述方法，从相机在不同平板摆角下采集的目标图像序列中，提取每幅图像中激光光斑质心的图像坐标，并基于三角测量原理获取激光点在相机坐标系下的估计三维坐标：
[0098]
[0099]
[0100] 步骤S43：比较激光测距获取的准确三维坐标和相机视觉测量得到的估计三维坐标，计算视相机觉测量对各个激光点产生的Z方向测量误差el和er，在此基础上建立测量误差随着Z方向距离变化的线性拟合模型，表示为：
[0101]
[0102] 步骤S44：根据步骤S43建立的误差的线性拟合模型，推算步骤S34对目标点M视觉测量结果的Z方向误差，得到其修正后的Z向坐标，结合相机透视投影模型中X向和Y向坐标与Z向坐标的比例缩放关系，得到修正后的目标点三维坐标：
[0103]
[0104] 当被测目标点数不少于3时，还可利用修正后的三维坐标计算目标姿态角度。
[0105] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
