[發(fā)明專利]一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010294437.2
• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號: CN101975588A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張廣軍;劉震;魏振忠;孫軍華;謝夢
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01B11/00
• 代理公司: 北京派特恩知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11270
• 代理人: 張穎玲;王黎延

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多傳感器視覺測量系統(tǒng)中的全局校準技術(shù)，具體涉及一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準方法及裝置。

背景技術(shù)

視覺傳感器由于具有大量程、非接觸、速度快、系統(tǒng)柔性好及測量精度高等優(yōu)點而得到廣泛應用，但是，單個視覺傳感器測量范圍有限，所以，當測量范圍較大時，可以將多個視覺傳感器結(jié)合起來構(gòu)成多視覺傳感器，以得到較大的測量范圍，并保證足夠高的測量精度，通常將這種測量系統(tǒng)稱為多傳感器視覺測量系統(tǒng)。

在多傳感器視覺測量系統(tǒng)中，各個視覺傳感器之間距離一般相距較遠，且沒有共同視場。因此，采用多個視覺傳感器進行測量時，需要進行全局校準，即：確定各個視覺傳感器之間的位置關(guān)系，并將它們統(tǒng)一到同一個坐標系下。

目前，常用的多傳感器視覺測量系統(tǒng)的全局校準方法主要有：同名坐標統(tǒng)一法、中介坐標統(tǒng)一法和世界坐標唯一法；其中，同名坐標統(tǒng)一法，利用一組同名坐標計算出各個視覺傳感器坐標系到全局坐標系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量；中介坐標統(tǒng)一法，通過多次中間坐標系轉(zhuǎn)換來完成視覺傳感器坐標系到全局坐標系的統(tǒng)一；世界坐標唯一法，直接利用全局坐標系下的特征點對處于測量狀態(tài)的系統(tǒng)中的各個視覺傳感器進行局部標定，從而將局部標定和全局標定統(tǒng)一到一起。但是，上述三種校準方法需要高精度測量設(shè)備，如經(jīng)緯儀、激光跟蹤儀等等，存在校準“盲區(qū)”和空間受限，且需要進行多次坐標轉(zhuǎn)換，損失了校準精度。

于是，張廣軍等人在2005年提出了靶標全局校準方法，該全局校準方法是根據(jù)靶標特征點之間的位置約束關(guān)系，求解無共同視場的多視覺傳感器坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，從而實現(xiàn)較大工作空間的全局校準。該全局校準方法雖然不需要進行很多次坐標變換，校準精度較高，但是，該全局校準方法需要加工大尺寸靶標，由于超大尺寸靶標加工和使用困難，因此，該全局校準方法不適合用于超大工作空間的多傳感器視覺測量系統(tǒng)全局校準。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準方法及裝置，不僅能提高全局校準精度，而且適用于超大工作空間多傳感器視覺測量系統(tǒng)的全局校準，適用范圍廣。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準方法，包括：

將固定有兩個靶標的剛性桿在兩個視覺傳感器前擺放四次以上，每次每個視覺傳感器分別拍攝對應的靶標圖像，提取靶標特征點圖像坐標，分別計算每個靶標特征點在對應視覺傳感器坐標系下的三維坐標；

以靶標之間位置關(guān)系不變?yōu)榧s束，計算兩個視覺傳感器之間的轉(zhuǎn)換矩陣。

上述方案中，所述將剛性桿在兩個視覺傳感器前擺放之前，該方法還包括：將靶標固定于剛性桿上，調(diào)整剛性桿長度和靶標位置，使待校準的兩個視覺傳感器能清晰的拍攝到對應的靶標圖像。

上述方案中，所述視覺傳感器多于兩個；該方法還包括：每次任意選取兩個視覺傳感器作為待校準的視覺傳感器；每個視覺傳感器與一個靶標相對應，拍攝對應靶標清晰的靶標圖像。

上述方案中，所述每個視覺傳感器分別拍攝對應的靶標圖像之后，該方法還包括：每個視覺傳感器根據(jù)視覺傳感器內(nèi)部參數(shù)標定結(jié)果，進行圖像的畸變校正。

上述方案中，所述計算兩個視覺傳感器之間轉(zhuǎn)換矩陣為：計算旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矢量；建立以重投影誤差為最小的目標函數(shù)，采用非線性優(yōu)化方法求解旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矢量的非線性優(yōu)化解，得到兩個視覺傳感器之間轉(zhuǎn)換矩陣。

上述方案中，所述靶標通過靶標夾持機構(gòu)、萬向連接器、剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置固定于剛性桿上。

本發(fā)明還提供了一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準裝置，包括：靶標、靶標夾持機構(gòu)、萬向連接器、剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置、可伸縮長度的剛性桿；其中，

剛性桿還包括兩個實心桿和一個空心桿，兩個實心桿套入在空心桿內(nèi)，實心桿與空心桿之間通過螺栓固定；

所述靶標夾持在靶標夾持機構(gòu)上，裝有靶標的靶標夾持機構(gòu)安裝在萬向連接器上，靶標能在萬向連接器上任意旋轉(zhuǎn)；

所述萬向連接器通過剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置固定于剛性桿的實心桿上。

其中，所述靶標、靶標夾持機構(gòu)、萬向連接器、剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置均為兩個。