[發明專利]標定非共視域線掃激光測距儀和測量相機方位的方法

在審

• 申請號: 201710856032.5
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107705335A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 張慧
• 申請（專利權）人: 珠海中視科技有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司11616
• 代理人: 戴翔

技術領域

本發明屬于方位標定技術領域，具體是指一種標定非共視域線掃激光測距儀和測量相機方位的方法。

背景技術

相機標定是很多計算機視覺應用的基本任務，比如在運動檢測以及三維重建方面。主流的相機校準方法主要分為兩類，一是利用各種維度的校準物進行相機校準，二是直接利用目標對象的運動或場景中隱含的幾何約束進行自動相機校準。在基于物體的標定方法中，流行的標定方法需要使用高精度的、特制的標定圖像，如黑白棋格、圓等。在工業視覺集成系統中，作為單獨的兩個硬件模塊，線掃激光測距儀和測量相機需要分別先標定內外參數，再標定它們之間相對方位關系，也即外部參數。由于線掃激光測距儀和測量相機的裝配往往垂直于機械觀測平臺，它們測量的物體往往不能被同時觀測到，這給它們之間的方位標定帶來了很大困難。

發明內容

為解決上述現有難題，本發明提供了一種方法，用來解決非共視域的線掃激光測距儀和測量相機之間的方位標定問題。在線掃激光測距儀和測量相機的內部參數已標定的情況下，通過利用已知尺寸的同心圓陣列標定板以及其上的圓心坐標，相對于線掃激光測距儀和測量相機分別部分可見，分別恢復線掃激光測距儀、測量相機坐標系下的圓心三維坐標，繼而可以準確計算兩個坐標系相對于同心圓陣列標定板坐標的方位關系，即標定非共視域線掃激光測距儀和測量相機的外部參數。

本發明采用的技術方案如下：標定非共視域線掃激光測距儀和測量相機方位的方法，包括如下步驟：

(1)在標定板上設置按陣列分布的標志同心圓，其中三個角位的三環圓起到定位作用，幫助線掃激光測距儀和測量相機確定標定板上非共視域部分的圓；

(2)將標定板放置于線掃激光測距儀和測量相機的視場，對標定板進行拍攝，線掃激光測距儀和測量相機分別獲得部分標定板圖像，這是由于線掃激光測距儀和測量相機都相對于測量機械平臺垂直，線掃激光測距儀和測量相機不能同時觀測到標定板的相同部分；

(3)測量相機與平臺垂直度測量：對測量相機拍攝到的標定板圖像進行圖像濾波、閾值分割、邊界提取、輪廓跟蹤、橢圓邊界擬合，獲取同心圓邊界橢圓矩陣表達，利用已經標定的測量相機內參系數K，和同心圓圖像兩個中任意一個橢圓矩陣C，獲得橢圓錐Q，并對其進行特征向量分解并合成旋轉矩陣R1；

(4)線掃激光測距儀相機與平臺垂直度測量：對線掃激光測距儀相機拍攝到的標定板圖像進行以上操作，利用已經標定測量相機內參系數，橢圓矩陣表達，獲得橢圓錐方程，并對其進行特征向量分解并合成旋轉矩陣R2；

(5)測量相機和線掃激光測距儀相機的相對旋轉由inv(R1)*R2得到；

(6)測量相機和標定板相對平移恢復：通過測量相機中同心圓輪廓C1、C2獲得inv(C1)*C2的三個特征根和三個特征向量，其中三個特征根中有兩個相等一個不等，即γ1＝γ2≠γ3，不等特征根對應的特征向量即為同心圓圓心圖像，因此已知標定物圓心在三維空間中的位置，以現有的張正友方法(Z.Zhang.A flexible new technique for camera calibration.PAMI,22(11),2000.)可標定測量相機和標定物4x4的3D平移T1矩陣；

(7)線掃激光測距儀和標定板相對平移恢復：通過線掃激光測距儀中同心圓輪廓，利用步驟(6)中的方法，可標定線掃激光測距儀和標定物4x4的3D平移T2矩陣；

(8)結合步驟(6)和步驟(7)中的平移計算，計算測量相機和線掃激光測距儀相對平移inv(T1)*T2，從而標定測量相機和線掃激光測距儀的相對平移。

采用上述方案本發明取得有益效果如下：本發明標定非共視域線掃激光測距儀和測量相機方位的方法是一種很簡單的相機外參標定算法，通過同心圓陣列標定板的同心圓輪廓圖像來標定非共視域線掃激光測距儀和測量相機的相對旋轉，通過計算同心圓圓心來標定非共視域線掃激光測距儀和測量相機的相對平移。本方法精確度高，并且可在實踐中直接進行測量相機中特征興趣點的三維重建。

附圖說明

圖1為同心圓標定板示意圖；

圖2為線掃激光測距儀和測量相機工作設置示意圖；

圖3為同心圓標定板和圖像之間的關系示意圖。

其中，1、測量相機，2、線掃激光測距儀，3、標定板，4、工作臺。

具體實施方式