本发明属于线激光三维测量，更具体地，涉及一种旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法及系统。
背景技术：
1、线激光三维测量是一种非接触式的单目主动测量方式，具有测量精度高、抗环境光干扰能力强等优点，广泛用于工业零件逆向重建、尺寸测量、缺陷检测、视觉定位等丰富场景。传统的线激光传感器是由线激光发射器与工业相机组成，只能根据单根激光线解算三维点，在实际使用中往往需要搭建导轨来扩大线激光传感器的扫描范围，因此会导致整体结构复杂，通用性较差。为了增大线激光传感器的使用灵活性，现有一种新思路是在原有结构中增加振镜作为旋转结构，将线激光投射到振镜表面上，激光线随振镜镜面旋转而移动，由此扩大线激光传感器的单幅扫描范围。这种旋转扫描式线激光传感器标定的关键在于振镜旋转轴线的位姿标定，理想情况下入射激光平面与振镜镜面的交线应与旋转轴线重合，实际情况中由于振镜本身存在厚度，旋转轴线不在反射镜面的表面，故真实装配情况下可能出现交线与旋转轴线平行、相交、异面等情况，极大影响了测量系统的标定精度。
2、为此，许多学者针对线激光旋转扫描式测量系统标定进行了深入的研究，有学者提出通过提高装配精度以反射激光平面的交线近似为振镜的旋转轴线，忽略理论模型与真实装配情况的误差；还有学者设计了一种偏心的旋转振镜来使旋转轴线位于反射镜表面，但是通用性较差。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法及系统，其目的在于，考虑振镜镜面与旋转轴线不重合以及振镜的装配误差，实现旋转式线激光扫描测量中振镜旋转轴的准确标定。
2、为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提出了一种旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，包括如下步骤：
3、s1、线激光器发出的激光直接入射到立体标定板上，通过辅助相机采集入射激光条纹，进而得到辅助相机测量坐标系下的入射激光平面；
4、线激光器发出的激光通过振镜反射到立体标定板上，控制振镜旋转多个角度，并通过主相机采集反射激光条纹，进而得到不同振镜旋转角度对应的主相机测量坐标系下的反射激光平面；
5、s2、基于辅助相机与主相机之间的相对位姿关系，将辅助相机测量坐标系下的入射激光平面转换到主相机测量坐标系下；
6、s3、基于主相机测量坐标系下的入射激光平面和反射激光平面，计算不同振镜旋转角度对应的振镜镜面方程，进而确定振镜旋转轴线。
7、作为进一步优选的，步骤s3，基于主相机测量坐标系下的入射激光平面和反射激光平面，计算不同振镜旋转角度对应的振镜镜面方程，包括：
8、根据下式计算振镜镜面的法向量：
9、[(ni×nrj) nrj ni]t·nmj＝[0 cos(θj/2) cos(θj/2)]t
10、
11、其中，ni为入射激光平面的法向量，nrj为第j个振镜旋转角度对应的反射激光平面的法向量，nmj为第j个振镜旋转角度对应的振镜镜面法向量，n为振镜旋转角度总数；
12、然后任取入射激光平面与反射激光平面相交线上的一点，结合振镜镜面的法向量，分别得到n个不同振镜旋转角度对应的振镜镜面方程。
13、作为进一步优选的，步骤s3，根据不同振镜旋转角度对应的振镜镜面方程，确定振镜旋转轴线，包括：
14、根据n个振镜镜面方程得到n个振镜镜面的方向向量nmirror_j，进而通过下式计算得到振镜转轴方向向量ng：
15、根据n个振镜镜面方程得到n-1个相邻振镜镜面的角平分面，计算角平分面的交点，从而初步确定振镜旋转轴线上一点pg，对点pg进行迭代优化，得到点pg最终值；
16、结合振镜转轴方向向量ng和点pg最终值，确定振镜旋转轴线。
17、作为进一步优选的，步骤s3，对点pg进行迭代优化，得到点pg最终值，包括：
18、构建如下目标函数f：
19、
20、其中，为点pg到第j个振镜旋转角度对应的振镜镜面的距离；
21、以初步确定振镜旋转轴线上一点pg作为初值，基于目标函数，采用lm法进行迭代求解，得到点pg最终值。
22、作为进一步优选的，所述立体标定板包括两个铰接的平面棋盘格标定板，即左棋盘格和右棋盘格，左棋盘格和右棋盘格的夹角可调。
23、作为进一步优选的，步骤s2，辅助相机与主相机之间的相对位姿关系的确定方法包括：
24、调整立体标定板位置，使主相机能完整拍摄立体标定板，通过pnp方法分别计算出主相机与左棋盘格、主相机与右棋盘格的相对位姿关系进而确定左棋盘格与右棋盘格的相对位姿关系
25、再次调整立体标定板位置，使主相机能拍摄到左棋盘格，同时辅助相机能拍摄到右棋盘格，通过pnp方法分别计算出主相机与左棋盘格、辅助相机与右棋盘格的相对位姿关系则辅助相机与主相机之间的相对位姿关系
26、作为进一步优选的，步骤s1，具体包括：
27、线激光器发出的激光直接入射到立体标定板上，移动立体标定板，采集立体标定板不同位置对应的入射激光条纹，进而拟合得到辅助相机测量坐标系下的入射激光平面；
28、线激光器发出的激光通过振镜反射到立体标定板上，控制振镜旋转多个角度；对任一振镜旋转角度：移动立体标定板，采集立体标定板不同位置对应的反射激光条纹，进而拟合得到该振镜旋转角度对应的主相机测量坐标系下的反射激光平面。
29、作为进一步优选的，步骤s1，通过激光条纹拟合得到激光平面的方法为：
30、基于交比不变性原理，通过激光条纹图像信息、立体标定板上的棋盘格角点信息解算出激光条纹点在对应相机测量坐标系下的三维信息，再由激光条纹点拟合得到激光平面。
31、按照本发明的第二方面，提供了一种旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定系统，包括处理器，所述处理器用于执行上述旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法。
32、按照本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法。
33、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
34、1.本发明考虑了振镜本身镜面与旋转轴线不重合的结构特点，以及入射激光平面与振镜相对位置关系的装配问题，通过引入立体标定板和辅助相机来标定振镜转轴，可在不改变原有旋转扫描仪结构的情况下快速进行标定，且能够补偿线激光器入射位置安装误差与振镜镜面相对转轴偏移的系统误差，提高旋转式线激光扫描测量时振镜旋转轴的标定精度。
35、2.本发明可适用于激光发射器出射的入射激光平面以任意姿态投射在镜面，而无需严格保证激光发射器与振镜旋转轴线重合，标定方法不以理想情况为先验条件进行转轴标定，更具有通用性。
36、3.本发明建立了入射激光平面、反射激光平面、振镜镜面与振镜旋转轴线之间的几何关系，引入了包络圆柱的思想，进而利用角平分面解算出振镜旋转轴线的方向向量、具体位置，从而可精确标定振镜在相机坐标系下的位置，补偿振镜镜面相对旋转轴线的偏移。
1.一种旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，其特征在于，步骤s3，基于主相机测量坐标系下的入射激光平面和反射激光平面，计算不同振镜旋转角度对应的振镜镜面方程，包括：
3.如权利要求2所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，其特征在于，步骤s3，根据不同振镜旋转角度对应的振镜镜面方程，确定振镜旋转轴线，包括：
4.如权利要求3所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，其特征在于，步骤s3，对点pg进行迭代优化，得到点pg最终值，包括：
5.如权利要求1所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，其特征在于，所述立体标定板包括两个铰接的平面棋盘格标定板，即左棋盘格和右棋盘格，左棋盘格和右棋盘格的夹角可调。
6.如权利要求5所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，其特征在于，步骤s2，辅助相机与主相机之间的相对位姿关系的确定方法包括：
7.如权利要求1-6任一项所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，其特征在于，步骤s1，具体包括：
8.如权利要求7所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法，其特征在于，步骤s1，通过激光条纹拟合得到激光平面的方法为：
9.一种旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行如权利要求1-8任一项所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的旋转式线激光扫描三维测量的振镜转轴标定方法。
