[發明專利]雙目視覺測量系統中攝像機參數在線調整方法

有效

• 申請號: 201310691111.7
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103714535B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 賈振元;劉巍;楊景豪;劉陽;李明星;張馳
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01B11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于計算機視覺檢測以及圖像檢測領域，特別涉及用于在鍛造現場獲取大型鍛件尺寸參數的雙目視覺測量系統中攝像機參數在線調整方法。

背景技術

在鍛造生產過程中需要對鍛件尺寸進行實時測量，為合理控制鍛造的整個工藝提供依據。鍛造現場條件極為惡劣，具有鍛造溫度高，環境復雜，震動大等特點，使精確實時測量大型鍛件的尺寸成為一個難點。測量要求視場大，準確度高，在線實時測量。雙目視覺測量作為一種實時性強、測量精度高的非接觸測量方法，被廣泛應用于工業檢測、目標識別等諸多領域，尤其在實時測量大型鍛件鍛壓過程中熱態幾何尺寸方面具有無法比擬的優勢。攝像機參數的精確標定是多目立體視覺測量的基礎，標定結果與測量精度息息相關。

許多學者就如何高精度的標定攝像機參數開展了大量的研究，但是這些研究工作主要集中于攝像機參數的離線標定，往往忽略了攝像機參數在測量過程中因現場溫度和震動等因素而引起的變化，因而測量結果的精度難以保證，置信度低。在實際測量過程中，由于鍛造過程時間較短，要想實現攝像機參數的在線調整，調整方法就要滿足高精度、快速的要求。而傳統的離線標定方法存在標定過程復雜，標定耗時長等缺點，所以有必要建立一種高精度快速的攝像機參數在線調整方法。

傳統的基于標定板或者標定塊的標定方法，如張正友提出的基于平面模板的標定方法，雖然能獲得較高的精度，但是這種方法需要標定板來輔助標定，而標定板價格昂貴，并且張氏標定法算法復雜，標定耗時長，不適合攝像機參數在線調整。

胡占義等在《基于主動視覺攝像機標定方法》中提出的基于主動視覺系統的攝像機標定方法，可以線性的標定攝像機內參數以及攝像機坐標系與平臺坐標系之間的旋轉矩陣。但是這種方法需要高精度的運動平臺，而鍛造現場環境復雜，容易對高精度運動平臺的正交性造成影響，并且這種方法同樣存在標定時間長，設備昂貴的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，針對在鍛造現場缺少有效的攝像機參數調整方法，發明一種雙目視覺測量系統中攝像機參數在線調整方法。利用攝像機參數調整模板中的正交直線求得的正交消隱點來標定攝像機的內參數，包括光軸通過像平面的主點坐標以及等效焦距。再利用空間中三正交消隱點求得兩攝像機間的旋轉矩陣，最后利用已知間距的空間平行線求得兩攝像機間的平移矩陣。

本發明采用的技術方案是一種雙目視覺測量系統中攝像機參數在線調整方法，其特征是，該方法利用4個攝像機參數調整模板，通過左、右兩個攝像機分別拍攝攝像機參數調整模板的圖像，再識別攝像機參數調整模板圖像中正交平行線，求得正交消隱點，然后分別標定兩個攝像機的內參數，最后，同時標定雙目視覺測量系統的外參數，具體步驟如下：

步驟1：制作4個攝像機參數調整模板

制作4個攝像機參數調整模板，每個攝像機參數調整模板中平行線間的距離為一個定值，在薄板5上互成角度的粘貼四個左上、右上、左下、右下攝像機參數調整模板1、2、3、4，構成不同角度的正交直線；

步驟2：拍攝4個攝像機參數調整模板的圖像，識別攝像機參數調整模板圖像中的正交平行線；

利用左、右攝像機分別拍攝4個攝像機參數調整模板的圖像，根據離線標定時求得的畸變系數對4個攝像機參數調整模板圖像進行畸變處理，再利用Hough變換分別識別4個攝像機參數調整模板圖像中的直線，去除誤識別直線，即可得到4個攝像機參數調整模板圖像中的四組正交平行線；

步驟3：求正交消隱點并求取攝像機內參數；

根據步驟2獲得的正交平行線組，求得正交消隱點并求取攝像機內參數；具體過程如下：

（a）根據步驟1識別出的4個攝像機參數調整模板圖像中的正交平行線組，分別求出4個攝像機參數調整模板圖像中的正交消隱點對，然后根據已求得的消隱點分別求得第三個正交方向在攝像機坐標系下的單位方向向量；

（b）設攝像機模型為線性模型，由步驟2（a）求得的正交消隱點對M_i(u_Mi,v_Mi)，N_i(u_Ni,v_Ni)（i=1,2,3,4），分別代入線性方程: