激光三角 光平面标定

一、总概括

  • 光平面标定 = 求相机坐标系下的激光平面方程
  • AXc​+BYc​+CZc​+D=0
  • 激光三角测量 = 像素射线与该平面求交点 = 3D 坐标
  • 光平面:AXc+BYc+CZc+D=0
  • 像素→射线:(x,y,1)
  • 激光三角:射线与平面求交
  • 深度公式:s=−D/(Ax+By+C)
  • Halcon 标定 = 内参 + 外参 + 平面 SVD 拟合

二、光平面标定的本质

光平面 = 激光在相机坐标系下的一个空间平面

A⋅Xc​+B⋅Yc​+C⋅Zc​+D=0

Halcon 做的事:

  1. 求相机内参 K、畸变 Dist
  2. 求棋盘格外参(相机 ↔ 标定板)
  3. 激光平面 A,B,C,D
  4. 测量时:像素 → 射线 → 与平面求交 → 得到 3D 点(激光三角)

三、坐标系与相机标定

1、相机坐标系(Camera)

1)相机坐标系(Cam)

  • 原点:相机光心
  • Zc → 光轴向前
  • Xc → 右
  • Yc → 下

2)标定板坐标系(World = Obj)

  • 原点在棋盘格角点
  • Zw=0 平面 = 标定板平面

3)光平面方程(相机系)

AXc​+BYc​+CZc​+D=0

(A,B,C) = 平面单位法向量

D = 平面到光心的有向距离

2、相机标定(针孔模型-内参)

针孔模型 标定内参

1)理想投影

2)归一化坐标(Zc=1)

3)去畸变矫正

cpp 复制代码
camera_calib

输出:内参 K + 畸变系数 D

3、求标定的外参(R,T)

对每一张图 求出pose

意义:知道任意棋盘点 (Xw​,Yw​,0),就能求它在相机中的 3D 位置

四、激光平面标定

目标:求平面 A,B,C,D

约束条件(所有激光点必须落在平面上)

对每一个激光点:AXc​+BYc​+CZc​+D=0

1、从像素反推3D点

已知像素 (u,v),求相机系射线:

1)去畸变

x,y=undistort(u,v)

2)构建射线

2、激光点必须在标定板平面上(Zw=0)

3、构建平面方程(Halcon 内部 SVD)

每个激光点给出一行方程:

AXc​+BYc​+CZc​=−D

写成矩阵:

cpp 复制代码
svd(M) → V → 最小奇异值向量 → [A,B,C,D]

五、测量

已知:

  • 像素 (u,v)
  • 内参 K
  • 光平面 A,B,C,D

求 3D 坐标 (Xc​,Yc​,Zc​)

  • s:深度(Zc)
  • x,y:像素去畸变后的归一化坐标
  • 几何意义相机射线与光平面求交点

1、像素 → 相机系射线

2、射线与光平面求交(核心公式)

3、得到3D点

六、总结

Halcon 算子 数学含义
calibrate_cameras 求 K,Distortion
find_calib_object 求外参 R,t
create_planar_laser_plane SVD 求解 A,B,C,D
get_line_of_sight 像素 → 射线 x,y
intersect_ray_with_plane s=−D/(Ax+By+C)
get_world_coordinates 3D 点计算
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