[發明專利]基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法

有效

• 申請號: 201611258957.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108269286B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 李鑫;黃潔;王宗浩;柯發偉;宋強;簡和祥;文雪忠;丁建文;柳森
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 李東斌

本發明涉及攝影測量及計算機視覺技術領域，具體公開了一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法。該方法包括：1、進行全站儀建站，并對所使用的相機進行內參數標定；2、制作組合立體標志；3、標定出組合立體標志中棱鏡坐標系和圖像合作標志坐標系之間的轉換關系；4、獲得全站儀坐標系到各個相機坐標系的轉換關系，即各個相機的位姿。本發明所述的一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法，可以將大范圍遠距離不同相機之間的位姿統一到同一坐標系下；同時，非接觸測量不同相機之間的相對位姿，可用于測量與不同相機固連的剛體之間的位姿關系；該方法通用性強，對測量環境沒有要求。

技術領域

本發明屬于攝影測量及計算機視覺技術領域，具體涉及一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，各個領域對利用相機進行位置和姿態的測量需求越來越迫切，比如剛體運動測量、結構變形測量等。近些年來，近景攝影測量技術已經逐漸走向成熟，原因在于近距離易于達到測量的精度要求。而針對大范圍遠距離情況，一般分被測量目標與相機距離遠和多相機之間距離遠兩種情況。前者造成精度低的主要原因是成像空間分辨率低，可以采用加長相機焦距的方法提高。后者是目前在大范圍多相機測量中經常遇到的情況，比如200米自由飛彈道靶雙目視覺測量系統，該系統主要功能是能夠間斷接力式的獲得自由飛模型的位姿信息，主要部件包括沿靶室一側布置的30站雙目測量站，每一站包含兩個相機，最遠的兩個相機之間的距離超過150米，且不同站之間無公共視場，為了使得每一站獲得的模型飛行位姿統一到一個坐標系下，需要將這60個相機的位姿參數關聯統一到全局坐標系下。制約這種情況測量精度的主要因素是無法高精度獲得的遠距離多相機之間的位姿關系。因此，提出大范圍遠距離多相機高精度位姿關聯標定方法具有重要的理論意義和應用價值。

目前，隨著攝影測量和計算機視覺技術的位姿測量的發展，進行大范圍遠距離多相機位姿關聯標定的主要方法是結合全站儀的大范圍三維坐標測量進行。該方法依次在不同相機視場里布置不少于3個標志點，并用全站儀直接測量每個標志點在全局坐標系下的坐標，從而可以直接使用相機位姿估計獲得每一個相機在全局坐標系下的位姿，完成全局關聯。影響該方法精度的主要因素是全站儀的非棱鏡點測量精度。如萊卡TM30全站儀的性能參數是：對非棱鏡點，精度為2mm+2ppm，測程為1km；對棱鏡點，精度為0.6mm+1ppm，測程為3.5km。顯然，測量棱鏡點比非棱鏡點的精度更高，范圍更大。但是全站儀專用棱鏡卻無法像圖像合作標志點被高精度識別定位，因此不用直接用來進行全局關聯。

同時，激光跟蹤儀是能夠更高精度測量其靶球三維坐標的儀器，如FARO LaserTracker Vantage，其標稱精度為0.016mm+0.8ppm，測程為80m，不能對非靶球點進行測量。顯然，激光跟蹤儀對靶球的測量精度要高于全站儀對棱鏡的測量精度，但同樣，靶球圖像也不能被高精度識別定位，因此也不能直接進行全局關聯。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法，將多相機位姿關聯統一到一個坐標系，解決利用全站儀進行大范圍遠距離多相機位姿關聯問題。

本發明的技術方案如下：一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法，該方法包括如下步驟：

步驟1、進行全站儀建站，并對所使用的相機進行內參數標定；

步驟1.1、進行全站儀建站，使全站儀可直接測量棱鏡點在全站儀坐標系下的坐標值，且全站儀可以通視所有相機測量視場；

步驟1.2、對所有相機進行內參數標定；

步驟2、制作組合立體標志；

步驟2.1、固定連接至少3個棱鏡和至少4個圖像合作標志點，建立組合立體標志，且滿足所有棱鏡點或圖像合作標志點不共線；

步驟2.2、利用全站儀測量各個棱鏡點之間的位置關系，建立棱鏡坐標系；