[發明專利]基于正交補償的大視場攝像機標定方法

有效

• 申請號: 201410432768.6
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104167001B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 賈振元;劉巍;王亮;劉陽;楊景豪;王靈麗;張弛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 關慧貞,梅洪玉

技術領域

本發明屬于計算機視覺檢測和圖像處理領域，涉及大型鍛件尺寸測量系統中攝像機內、外參數的標定方法，具體是指一種基于正交補償的大視場攝像機標定方法。

背景技術

大鍛件尺寸視覺測量的基本任務之一是根據鍛造過程中大鍛件的二維圖像信息恢復三維幾何信息，求取實時尺寸參數。要實現利用圖像點求取相應的空間物體表面點的任務，需要確定攝像機成像幾何模型，該幾何模型的參數稱為攝像機參數。攝像機內參數為攝像機自身的與幾何和光學特性有關的參數，外參數為攝像機相對于某一世界坐標系的三維位置和方向。

影響攝像機標定精度的主要因素包括：標定特征點的精確、魯棒提取。確定攝像機內、外參數的過程稱為攝像機標定，標定方法的精度直接影響到計算機視覺測量的精度。因此，對攝像機進行快速、簡捷、精準標定的研究無疑具有重大的意義。

目前根據攝像機標定方式的不同，可以分為傳統標定法、攝像機自標定法和基于主動視覺的攝像機標定方法；基于主動視覺標定方法穩定性和魯棒性高的優點，而通常主動視覺標定過程中電控平臺兩平移導軌并非完全正交，而標定只是盲目選擇精度高的電控平臺近似認為其正交。針對這一問題，考慮在標定過程中加入導軌正交度因素，即引入正交補償，以降低導軌正交度對標定結果帶來的誤差。

發明內容

本發明的基于正交補償的大視場攝像機標定方法，首先利用變焦距求主點技術獲取主點坐標，然后利用四組正交運動獲取12張圖像，在考慮四維電控平臺的正交度的情況下利用12張圖像求取尺度因子，至此，內部參數已經標定完畢；最后，結合求取的內部參數求取外部參數。

本發明采取的技術方案是：

一種基于正交補償的大視場攝像機標定方法，通常主動視覺標定過程中電控平臺兩平移導軌并非完全正交，而標定只是盲目選擇精度高的電控平臺近似認為其正交，因此提出一種基于正交補償的攝像機標定方法通過分別求取主點和尺度因子、平移向量和旋轉矩陣獲取攝像機內、外參數；具體步驟如下：

步驟1：變焦距法求主點

用攝像機在不同焦距下拍攝二維靶標，當焦距改變時，光心沿光軸移動，在攝像機視場中二維靶標將會等比例擴縮，得到不同視場下靶標圖像，不同圖像中有一點的圖像保持不變，叫做擴縮中心，在不同視場的圖像中擴縮中心即為主點，因此將靶標各個特征點在不同焦距下的連線的最小二乘意義下的交點即為主點。

步驟2：利用四維電控平臺的主動視覺標定方法獲取靶標圖像

控制四維電控平臺帶動攝像機做四組平面內的正交運動，每組正交運動含有兩次平移，攝像機在每次正交運動中停留三個位置，進而得到三張圖像，而且在確保靶標在視場內的前提下，每組正交運動之間攝像機均有不小于5度的俯仰角度或掃視角度，通過四組的兩次純平移運動得到共12張靶標圖像。

步驟3：求取尺度因子

平行直線與無窮遠平面相交于同一個無窮遠點，即隱消點，將畸變校正后的12張圖像分組進行消隱點估計，每組3張圖像中對應點連線得到2個消隱點，4組共8個消隱點；將得到的8個消隱點坐標、主點坐標以及導軌間角度帶入下式中：