[發明專利]一種遠心雙目立體視覺測量系統的通用性標定方法

有效

• 申請號: 201710963810.0
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107680139B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 劉海波;姚林伸;尚洋
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

本發明涉及一種遠心雙目立體視覺測量系統的通用性標定方法。通過設計的隨機分布圓點的平面標定板，實現了對控制點的全自動識別。運用這種標定板使得控制點的定位更準確，甚至是在局部遮擋和大傾角情況下也更加魯棒。本發明提出了一個立體遠心相機系統的結構模型，由于該結構參數在標定過程中保持不變，所以采用光束法平差對其進行優化。與現有的方法相比，由于對同時拍攝的多組圖像應用光束法平差進行優化，使得標定得到的相機參數有顯著的提升。

技術領域

本發明屬于計算機視覺領域，尤其涉及對于遠心雙目立體視覺測量系統的通用性標定方法。

背景技術

隨著精密制造業的發展，對微小尺度的精密三維測量的發展也有著推進和需求。通過雙目立體視覺測量系統建立三角測量關系是發展比較成熟的三維測量技術。相較于干涉測量方法例如全息干涉法，云紋法以及電子散斑干涉法(ESPI)，該技術對光路設計的要求更簡單且不需要防震。因此，該方法在許多領域都被大量采用。傳統上，一個典型的雙目立體視覺測量系統由兩個一般的鏡頭組成。然而，對于微小尺度的三維測量光學系統之間的距離必須得很小。對于一般鏡頭來說一個主要問題是透視效應和鏡頭畸變，在很近的距離上，目標會產生畸變。相較于一般鏡頭，遠心鏡頭的正交投影的特點有著許多優點，例如很小的鏡頭畸變，恒定的放大倍率，以及較大的景深。由于存在這些特點，所以由遠心相機組成的雙目立體視覺測量系統能夠廣泛應用到微小尺度的三維測量當中，例如微尺度目標的三維測量和重構，三維的數字圖像相關等。

當要使用立體視覺系統進行測量時，標定是核心的一個步驟。目前對于應用雙目立體視覺進行測量的算法研究已經趨于成熟，所以測量的精度很大程度上取決于標定精度。一般而言，由于標定過程的在光學測量中的關鍵地位，對于小孔模型的立體相機標定已有了廣泛的研究，并且也提出了很多標定方法。然而，對于遠心光學系統的標定特別是在Z方向上并不是那么直接，因為遠心系統會使得沿光軸方向上的變換并不敏感。因此，對于基于透視投影的小孔相機模型而構建的傳統標定方法并不適用于遠心雙目立體視覺測量系統的標定。所以對于遠心雙目立體視覺測量系統，需要有一種通用的高精度標定方法。

發明內容

本發明的目的在于對由兩個遠心相機組成的立體視覺測量系統提供一個通用性的標定方法，實現對系統的高精度、高魯棒性的標定，為系統的高精度測量應用，包括但不限于微尺度目標的三維重構、三維的數字圖像相關等等，奠定基礎。

本發明中需要標定的測量系統，包括遠心相機A、遠心相機B和數據處理計算機，所用到的標定板為隨機圓點標定板。其中，遠心相機A、遠心相機B固聯安裝，具有公共視場，即遠心相機A的視角與遠心相機B的視角有夾角，夾角范圍0°～90°；數據處理計算機與遠心相機A、遠心相機B聯通，實時同步采集兩臺遠心相機的圖像數據，并解算系統標定結果。隨機圓點標定板是由一系列隨機生成的，并已知其圓心坐標的圓點組成的平面標定板。固聯安裝是指遠心相機A與遠心相機B的相對位置固定。

用本發明中的方法對由兩個遠心相機組成的立體視覺測量系統進行標定包括以下步驟：

第一步，隨機圓點標定板的識別

1.1標定板的生成

這個平面標定板由隨機散布的圓點組成，而這些圓點的圓心坐標是在一個局部范圍內隨機生成的，所生成圓點的半徑是一致的，在這種情況下，任意三個圓點組成的三角形的內角可以通過未經過單應性修正圖像的二次曲線系數矩陣來獲得。當生成了一個標定板之后，即已知了在一個參考坐標系下圓點中心的坐標，那這個標定板的特征描述則可以通過下列方法來生成。對于標定板上的每個圓點，選擇兩個最近的圓點和其組成一個三角形，則該三角形最小的和最大的內角的余弦值即可以作為這三個圓點的特征描述。由這個性質，標定板上的圓形控制點可以通過相似三角匹配方法來進行自動識別；

1.2圓點匹配