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线结构光法是一种可以精确获得物体三维坐标的方法，将线结构光传感器安装在机器人上就赋予了机器人视觉感知的能力。本文将从单点激光测距原理、线结构光原理与线结构光标定这三部分对线结构光进行介绍。
- 单点激光测距原理
单点激光测距原理是线结构光的基本原理，通过该方法得到物体距离相机的距离进而得到物体的三维坐标。单点激光测距原理图如下图所示。
如图 是激光发射器，
是目标点，
是相机成像面。在该单点激光系统有几个不变的量，
为相机光心与激光发射器的距离称为基线长，
为激光线与基线的夹角，
为焦距长。
目标：获得 点在相机坐标系下三维坐标值。
那么关键是获得 值也就是
点的
值，
的
坐标值可以通过相机的透视投影求得。
值如何求解。做两条辅助线
过相机光心与
平行交相机成像面
，
过目标点与基线
平行。这样构造成两个相似三角形，根据相似三角形有如下公式：
基线长 ，
角认为是已知量，下面标定讲到如何标定得到。
可以由像素、光心坐标与像元大小得到。
最后计算得：
- 线结构光原理
以上讨论的单点激光，下面讨论线结构光。
线结构光分为两种形式如下图所示，其区别在于激光与相机的位置摆放不同（位置不同只与标定有关）。
本文只讨论第一种方式。第一种方式的模型如图所示。
激光 射出一个面激光照射在物体上形成一条激光线。现假设地面与相机感光面平行，
点与
点是激光线上的位置不同的两点，其中
点在相机上的成像在图像的
轴的中心点上（不准确）。面
与地面垂直，那么
是地面到光心
的高，同时也是点
的高，也就是
方向的值。
- 线结构光测高
面 可以通过上面单点激光方法求得
值，这是线结构光法求高。
- 线结构光测距
这里有一个容易混淆的地方，高与距离，点 的高是
值，而点
到相机的距离是
。
此时基线与激光面的夹角 （oap）变为
（oap'）。
现举例如何求激光线上任意点的高。如图是激光线。
黑色线是激光线由于照射在不规则的物体上形成的图像。红色线是相机x轴方向的中心点（是光心在成像平面上投影的x值，不一定是图像像素中心）。激光线上任意一点的高（z值）是其所在相同高度平面激光中心点的高。那就将问题转化为单点激光测距问题。
利用单点激光测距公式 ，
可通过图像上激光点的y值确定。
-
线结构光标定
线结构光标定的目的是为了获得几个不变的量，焦距 、基线长
、角度
。
如图单点激光测距。
公式 表示这几个量之间的关系，此时焦距
、基线长
、角度
变成了未知数。为求解这几个未知数，假设有Object1、Object2、Object3这些点，这些点的高度差都为L，L为已知量，那么每一个点都可以由上面的公式得到：
那么有4个未知量，至少有4个方程来求解。如图是标定板。
黑色竖线是画在标定板上，红色横线表示相机在不同高度的位置。
标定方法如下：
1.调整相机与标定板平行，相机中轴线与黑色竖线平行；
2.调整相机高度上升或下降使激光线沿黑色竖线上升或下降，每次调整相机都拍照；
3.记录每次激光线与黑色竖线的交点坐标。
一条竖线计算来标定会引入很多误差，也可以设计多条竖线，用极大似然估计来减少误差。