[發明專利]一種基于單LED發光點和二維轉臺的復眼系統標定裝置及標定方法

有效

• 申請號: 201611094763.2
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106767913B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 王克逸;何建爭;簡慧杰;陶家園
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種基于單LED發光點和二維轉臺的復眼系統標定裝置及標定方法，標定裝置系統由LED、二維轉臺和被測復眼系統等組成，二維轉臺包括支撐框架、高精度電機和配套驅動器，被標定的復眼系統安裝在轉臺橫軸的末端。標定過程中，計算機通過控制驅動器驅動轉臺轉動，采集兩電機不同轉動角度下復眼捕獲的目標圖像，計算圖像光斑中心坐標，記錄轉臺電機轉動角度與相應的斑點坐標，通過數學模型，建立兩者映射關系。本發明可以構建覆蓋復眼全視場的高精度靶標，能夠統一眾多子眼的坐標系，無需考慮復雜的系統成像和畸變模型，可以實現無人值守自動化標定，能夠完成子眼多、畸變復雜、大視場的復眼系統的精確標定，且標定裝置簡單，標定精度高。

技術領域

本發明屬于機器視覺領域，具體涉及一種基于單LED發光點和二維轉臺的復眼系統標定裝置及標定方法。

背景技術

自然昆蟲復眼以其大視場、運動高度敏感性和結構緊湊等優點在工業、安防、軍事等領域具有極大的潛在應用價值。為此我們設計了一種新型仿生復眼裝置，如附圖1所示，系統保留了自然昆蟲復眼的子眼曲面分布特點；并引入彎月透鏡，使光線更加垂直的照射到圖像傳感器上；半球形復眼球殼上共分布141個子眼，子眼采用對數型錐透鏡，以提高光斑聚焦特性；所有子眼共用一個CMOS相機，圖像傳感器分辨率為2048pixel×2048pixel，像元大小12μm×12μm。復眼裝置尺寸約為110mm×110mm×80mm，總體視場為100°×100°，捕獲的圖像可以通過USB接口傳輸到計算機中。

復眼系統各子眼成像不可避免的會存在非線性畸變，為了使用這套裝置能夠進行目標點探測定位等工作，需要先對其進行標定。在機器視覺應用中，相機標定的目的是為確定空間物體表面某點的三維幾何位置與其在圖像中對應點之間的相互關系。為了確定復眼系統中圖像點與空間點的對應關系，復眼的標定需要解決的問題包括：如何建立每個子眼通道圖像光斑與入射光線矢量的關系；怎樣才能統一眾多子眼坐標系；怎么減少對眾多子眼標定耗費的大量時間與資源。

目前常用的相機標定方法主要是先構造成像模型和畸變模型，然后采用基于徑向約束、2D靶標、交比不變性等一系列標定方法求解這些相機模型中的內、外和畸變參數，從而建立圖像與空間點的關系。而在復眼系統中，子眼數目眾多，越靠近球殼邊緣子眼的畸變越大越復雜，如果分別對每個子眼標定，面臨模型難以構造，子眼坐標系眾多，標定工作量大等問題；同時在復眼大視場內進行標定，需要的大尺度靶標價格昂貴，同時靶標精度難以保證。因此這些常見標定方法不能適用于此場合。

考慮到復眼系統標定的復雜性，因此，必須設計一套標定高精度、坐標系統一、自動化運行的標定裝置和對應的高效靈活的標定方法。

需要根據仿生復眼系統結構特點，設計一套標定裝置和對應的標定方法，不再需要集中于如何求解系統具體的成像和畸變參數，從而克服現有標定方法的不足，實現構造覆蓋復眼全視場范圍的高精度靶標，通過軟件控制實現標定過程的自動化運行，實現在統一坐標系下建立每個子眼通道光斑點與靶點角度之間的非線性對應關系，從而解決子眼多、畸變復雜、視場大的復眼系統的標定問題，同時提高標定效率，減小系統標定誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：克服現有標定方法的不足，提供一套標定高精度、坐標系統一、自動化運行的標定裝置和對應的高效靈活的標定方法，實現近景大視場下復眼系統的精確標定，且標定裝置簡單，標定精度高。