[發明專利]一種激光攝影測量系統及相機標定方法

有效

• 申請號: 201610065915.X
• 申請日: 2016-01-31
• 公開（公告）號: CN105486289B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 李學藝;呂永剛;曾慶良;張鑫;鐘佩思;王寧寧;趙丹丹;張慶雪
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01C25/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 顏洪嶺

技術領域

本發明涉及一種激光攝影測量系統及相機標定方法，屬于測量裝置標定方法技術領域。

背景技術

隨著計算機技術的發展，攝影測量與三維重構技術在機器人視覺、工業制造、工程建筑、文物保護和醫學圖像分析等領域得到廣泛應用。相比于利用三坐標測量儀等接觸式測量儀器對實物外表面進行測量，激光掃描等非接觸式測量利用非接觸的光電方法對曲面的三維形貌進行快速測量，具有非接觸、速度快、精度高、應用廣泛等優點，在工業工程等領域有著一定的應用前景。在測量過程中，基于視覺傳感器(如攝像機)獲取的圖像，建立二維像點與三維物點的對應關系，利用圖像中的二維數據反算出對應的三維物體的形貌和相關位置等信息。

要想獲得高精度的測量結果，首先需要設計的測量系統具有較高的精度；其次建立二維像點與三維物點的對應關系，也即攝像機標定技術，又包括攝像機建模與攝像機標定方法。相機標定主要是標定相機固有的內部幾何參數和相機相對物方坐標之間的位置關系等外部參數，其標定結果的好壞直接決定測量得到的三維坐標點的精確程度，尤其是對度量領域，因此需要研究相機的標定方法和研制相應的裝置。

目前相機標定技術根據解算相機內部幾何參數和外部位置關系參數時所使用的方法，將其分為線性方法、非線性方法和自標定方法。線性方法如直接線性變換方法(DLT變換)，根據環境點與相機圖像對應點的關系，通過線性方法求得線性模型參數，進而建立線性模型來描述相機的成像過程，該方法估計相機參數過程效率較高，但是沒有考慮成像過程中的非線性畸變問題，因此精度較低。非線性方法對提高攝像機標定精度提供了一條很好的途徑，非常適合于多參數的非線性畸變模型的標定，在能提供較好初值的情況下，能更好地模擬和補償各種像差，可以較快地收斂，得到高精度優化結果，但是它對標定時攝像機模型參數的初始值要求較高，計算量大，計算速度慢。自標定方法在場景未知和相機運動參數未知的情況下也可以標定相機的內外參數，在標定過程中僅依靠多幅圖像對應點之間的關系進行，其靈活性高、應用廣泛，但是標定的過程主要是基于絕對二次曲線和絕對二次曲面方法，此外還需要求解多元非線性方程，因此只適用于一些對精度要求不高的場合。

造成目前所采用的標定方法存在上述問題的原因主要是其對應的測量系統較為復雜。不同的測量系統需要采用不同的標定方法來標定，因此為了將標定方法簡單化，盡可能避免復雜標定方法造成的標定誤差，首先需要使設計的測量系統簡單，然后在針對設計的測量系統設計標定方法。

此外，針對大型的被測物，實際測量時往往是利用多臺相機同時測量，而多臺相機之間沒有相對位置關系，因此需要單獨對每臺相機進行標定，這樣就增加了標定工作量，同時還會增加標定誤差，造成測量精度降低。所以在設計測量系統及標定方法時還應考慮同時標定兩臺及以上的相機。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種激光攝影測量系統。

本發明還提供上述一種激光攝影測量系統中相機的標定方法。

本發明的技術方案如下：

一種激光攝影測量系統，包括測量裝置，所述測量裝置包括底座、支架及計算機；所述支架設置在底座上，在支架上設置有相機、激光測距儀和線激光發射器，激光測距儀與線激光發射器位于同一垂線上，在激光測距儀的兩側對稱設置兩臺所述的相機，所述計算機分別與相機、激光測距儀、線激光發射器電連接。

優選的，所述支架的底部設置有水平分度盤。此設計的好處在于，當旋轉支架時，通過水平分度盤能夠清楚直觀地觀察到支架旋轉的角度。

優選的，所述激光攝影測量系統還包括標定裝置，所述標定裝置包括物方標識點和三個物方板，三個物方板的外形均為正方形，三個物方板前后依次同軸平行設置且三個物方板的邊長依次增大，在每個物方板上設置八個所述的物方標識點，八個物方標識點按如下方式分布：在每條邊的中點設置一個物方標識點，在相鄰兩條邊的交點設置一個物方標識點。

優選的，所述三個物方板的尺寸分別為：100mm×100mm×10mm，200mm×200mm×10mm，300mm×300mm×10mm。

優選的，所述物方標識點采用直徑5mm的圓形薄片。

優選的，所述標定裝置還包括導軌，三個物方板通過滑動支架設置在導軌上。此設計的好處在于，將三個物方板通過底部的滑動支架安裝在導軌上，方便調節三個物方板之間的間距。

一種激光攝影測量系統的相機標定方法，包括以下步驟，