[發明專利]一種圖像測量系統的標定方法

有效

• 申請號: 200810032528.1
• 申請日: 2008-01-10
• 公開（公告）號: CN101482410A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 夏勇;方志宏
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02
• 代理公司: 上海明成云知識產權代理有限公司
• 代理人: 周 成

技術領域

本發明涉及自動化儀表中的圖像測量系統技術領域，更具體地說，涉及一種圖像測量系統的標定方法。

背景技術

標定技術是測量系統可靠與精度的保證，圖像測量系統也不例外，光學鏡頭系統無法實現理想的線性針孔模型，相機在拍攝時就會帶來一些對應關系的畸變，相機的成像過程是一個從3維空間到2維空間的退化的射影變換，其中存在射影不變的幾何關系原理，利用此原理可以對相機系統進行標定，并在標定中對畸變進行校正；同時相機與被測物之間的空間映射關系在標定中完成對應坐標的確定，有了這些標定參數，圖像測量系統就能完成對象物體的測量。

通常圖像測量系統的標定采用在相機可視的范圍內，安放高精度的已知結構平面的標定靶板，如棋盤格、圓點圖等獲取確定標定數據。在尺寸比較小的情況下，在可視范圍內放滿此類傳統的平面的標定靶板，它比較方便、精確。但是，在冶金行業大視場應用條件下，如要對板坯進行測量，則需要對連鑄坯在長度12米寬度2米的平面范圍內進行完整可靠的標定，此時靶板尺寸將超過6米×3米，同時要安放在輥道系統上，為了保證足夠大的尺度、強度，并保證平面不變形，平面靶板將很大，很厚，也難搬動，占地面積也很大，難于保管，加工困難，成本很高。這樣給標定操作帶來了相當的困難，也給工業化大視場圖像測量系統的高精度測量條件下的應用帶來了操作實現上的困難。

為此，針對工業化大視場圖像測量系統領域，迫切需要提出了一種利用簡單的標靶裝置并依據幾何約束來獲得標定數據的方法，從而避免使用.平面固定機械裝置進行約束。

專利申請號為CN03109649.2的一種攝像機標定方法及其實施裝置，該專利申請采用標記圓孔半徑為其余圓孔半徑的120％至150％的圓形靶標，通過圖像的噪聲濾除，閾值分割，輪廓跟蹤，橢圓識別，橢圓擬合及中心提取方法，根據標記圓孔圓心及離標記圓孔最近的圓孔的圓心的空間位置、標記圓孔與其余圓孔的圓心距及沿空間某一方向移動圓形靶標的移動距離，采用特征點空間定位方法確定攝像機的位置。它的目的是為了解決標定范圍和坐標原點問題，該專利并不涉及大尺度標定問題。

專利申請號為CN200610041694.93的基于自標定技術的大場景立體視覺攝影測量裝置，該裝置包括升空氣球動力部分、攝影方位控制部分和立體視覺攝影部分，利用該攝影測量裝置并結合立體視覺技術可以快速得到三維地貌等大場景的空間三維幾何信息，但是該專利不能獲得原始的大尺度被標定數據，并且標定精度也有限。

專利申請號為US2001006554的一種車載圖像標定器(On-vehiclecamera?calibration?device，US2001006554)，該標定器可以在屏幕的任意部分設定攝像機的參數，一個攝像機攝入外界景物的同時把一個標定指示器疊加顯示在屏幕上，屏幕上標定窗口的位置可以在2維坐標系中變化，標定指示器中的參數可以進行人工修正。該標定器只是用于位置指示，并未獲得標定點的物理坐標，不能用于精確標定被觀測對象與圖像之間的關系。

發明內容

本發明的目的是提供一種圖像測量系統的標定方法，該方法利用簡單的標定靶，采用幾何約束來確定標定靶在不同的位置。有效的克服了現有技術中使用固定機械裝置約束來確定標定靶的位置，具有效率高、精度高、成本低的優點。

為實現上述目的，本發明提供一種圖像測量系統的標定方法，包括以下步驟：

a.準備CCD相機、計算機以及標定靶，所述計算機與CCD相機連接，所述標定靶具有標定點，標定點在同一水平線上且之間保持固定的距離；

b.將所述標定靶分三次放在被標定平面上并依次用所述CCD相機成像，使每次放置的標定靶的標定點連線及其延長線在被標定平面上構成三角形，選擇所述三角形的邊長作為坐標軸并將一個標定點作為被標定平面的原點；

c.將所述三次放置的標定靶的圖像在計算機的圖像平面上疊加，每次放置的標定靶的標定點連線及其延長線在圖像平面上構成三角形，計算并輸出圖像平面上所述三角形各端點坐標及其邊長；

d.根據被標定平面與圖像平面上的幾何不變的原理，建立計算模型，輸出被標定平面上所述三角形各邊長、角度及其各端點的坐標；

e.將所述步驟c、d輸出的各端點坐標輸入已知的被標定平面與圖像平面的共線方程，得到所述被標定平面與圖像平面的關系。

所述標定方法還包括以下步驟：

f.分別將作為所述步驟b三角形一條邊的標定靶向相應的方向均勻放置并成像，使均勻放置的標定靶與所述步驟b三角形另外兩條邊在被標定平面上構成一系列三角形；