仪器仪表学报

作者：蒲怀安，季彦均，唐进元，陈龙庭，宋碧芸

单位：蒲怀安,1.中南大学机电工程学院长沙410083； 2.中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室长沙410083,,季彦均,1.中南大学机电工程学院长沙410083； 2.中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室长沙410083,,唐进元,1.中南大学机电工程学院长沙410083； 2.中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室长沙410083,jytangcsu@163.com,陈龙庭,1.中南大学机电工程学院长沙410083； 2.中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室长沙410083,,宋碧芸,1.中南大学机电工程学院长沙410083； 2.中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室长沙410083,

关键词：相机-线激光;联合标定;弱约束标定块;姿态自适应投影;两阶段优化;彩色纹理映射

基金：国家重点研发计划（2024YFB4708703）项目资助

针对工业三维彩色重建中相机-线激光联合标定高精度依赖复杂高精密靶标的问题，提出了一套基于多特征、弱约束标定块的高精度标定方案，整体由多模态特征提取与配准框架以及标定模型的两阶段优化求解构成。首先，在标定块上引入圆孔中心并与角点协同检测：角点采用几何约束实现亚像素定位，圆心采用两阶段椭圆拟合实现精定位；随后，提出姿态自适应投影下的三维特征点重建方法，按降维—检测—提维流程将三维定位转化为二维检测并反投影重建三维点云，提升对噪声与姿态变化的鲁棒性；最后，结合几何先验实现2D-3D特征点的无歧义配准。参数求解采用线性拆解-非线性重构的两阶段优化：在单帧条件下由特征点对线性估计映射矩阵初值，经过三角正交分解分离内外参数后，引入镜头畸变参数进行全局非线性精化，提升解的全局最优性与泛化能力。实验结果表明：归一化平均重投影误差为0.84pixels，对应物理距离误差为0.0194mm；相较基准方法，两项误差指标分别降低约65%与61%；在3种光照条件下标定结果一致、误差波动小，表明方法具有较强鲁棒性。同时消融实验证明了圆心特征在透视变换下的定位稳定性显著优于角点。在齿面彩色重建任务中，基于所获映射矩阵的点云彩色纹理映射可高保真复现齿面微观印痕与划痕，验证了工程可用性。

来源：2026年第1期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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