[發(fā)明專利]一種基于精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)的雙目立體視覺傳感器一體式標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810419519.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-04
• 公開（公告）號(hào): CN108648232B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高揚(yáng);張廣軍;劉震;楊守波;張靖毓;石博文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/70
• 分類號(hào): G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種基于精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)的雙目立體視覺傳感器一體式標(biāo)定方法，其特征在于：包括以下步驟：

a、精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)與激光跟蹤儀靶球一同做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，激光跟蹤儀測(cè)量多個(gè)位置的激光跟蹤儀靶球的球心坐標(biāo)，解算激光跟蹤儀坐標(biāo)系到精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；

b、激光跟蹤儀靶球放置于精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)和激光跟蹤儀前方，激光跟蹤儀測(cè)量激光跟蹤儀靶球的坐標(biāo)；光學(xué)反射球與激光跟蹤儀靶球能實(shí)現(xiàn)精度無損互換，作為雙目立體視覺傳感器標(biāo)定的光學(xué)參考點(diǎn)，根據(jù)激光跟蹤儀坐標(biāo)系到精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，建立光學(xué)參考點(diǎn)在精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下的位置；具體過程如下：

(1)將激光跟蹤儀靶球置于精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)與激光跟蹤儀前方，距離在2m-7m范圍自由調(diào)整，激光跟蹤儀測(cè)量跟蹤儀靶球球心的三維坐標(biāo)；

(2)將激光跟蹤儀靶球替換為直徑相同，球心尺寸和位置精度相同，并帶有反光圓形特征平面的光學(xué)反射球，實(shí)現(xiàn)無精度損失的替換，作為雙目立體視覺傳感器標(biāo)定的光學(xué)參考點(diǎn)，通過激光跟蹤儀坐標(biāo)系到精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，建立光學(xué)參考點(diǎn)中心位置在轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；

c、雙目立體視覺傳感器與精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)一同做二維轉(zhuǎn)動(dòng)，拍攝光學(xué)參考點(diǎn)，并同步記錄精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)各轉(zhuǎn)動(dòng)位置的角度值；根據(jù)光學(xué)參考點(diǎn)在精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下的位置以及精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，建立虛擬標(biāo)定控制場(chǎng)；具體過程為：

(1)按照設(shè)定的1-2角度間隔，雙目立體視覺傳感器與精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)一同做二維轉(zhuǎn)動(dòng)，在精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)各轉(zhuǎn)動(dòng)位置下拍攝光學(xué)參考點(diǎn)，并同步記錄精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)各轉(zhuǎn)動(dòng)位置的角度值；

(2)根據(jù)標(biāo)定光學(xué)參考點(diǎn)在精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)初始位置下的三維坐標(biāo)，以及記錄的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，建立起虛擬的三維標(biāo)定控制場(chǎng)；

d、在虛擬標(biāo)定控制場(chǎng)各轉(zhuǎn)動(dòng)位置下采集的光學(xué)參考點(diǎn)的圖像中，擬合雙目立體視覺傳感器圖像中光學(xué)反射球的橢圓輪廓，獲取橢圓中心，消除透視投影畸變，計(jì)算標(biāo)定光學(xué)參考點(diǎn)的圓心在雙目立體視覺傳感器中的圖像位置；具體過程為：

(1)在虛擬三維標(biāo)定控制場(chǎng)各轉(zhuǎn)動(dòng)位置下采集的光學(xué)參考點(diǎn)圖像中，采用Canny算子和Steger方法相結(jié)合的方式來提取光學(xué)參考點(diǎn)的邊緣點(diǎn)；

(2)剔除無法形成封閉圓環(huán)的噪聲點(diǎn)之后，使用橢圓擬合算法，擬合光學(xué)參考點(diǎn)子像素級(jí)的橢圓輪廓，進(jìn)而計(jì)算橢圓中心位置在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

(3)根據(jù)空間圓中心在相機(jī)平面上的畸變誤差模型，消除相機(jī)透視投影畸變引起的偏心誤差，計(jì)算標(biāo)定光學(xué)參考點(diǎn)圓心在雙目立體視覺傳感器中的圖像位置；

e、基于雙目立體視覺傳感器成像理論模型以及精密二軸轉(zhuǎn)臺(tái)各轉(zhuǎn)動(dòng)位置下光學(xué)參考點(diǎn)圓心的圖像位置，建立最小化目標(biāo)函數(shù)，通過非線性優(yōu)化方法得到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，從而完成標(biāo)定；所述最小化目標(biāo)函數(shù)為：

其中x_ins＝[a_x,a_y,u₀,v₀,k₁,k₂,k₃,p₁,p₂,b₁,b₂]^T為相機(jī)內(nèi)參，為在采集圖像中解算出水平、垂直方向的像素坐標(biāo)；轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系到左攝像機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣[R_{RC_l} t_{RC_l}]，雙目立體視覺傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)[R_{C_lC_r} t_{C_lC_r}]，x_{ins_l}為左攝像機(jī)的內(nèi)參，x_{ins_r}為右攝像機(jī)的內(nèi)參；a_x是u軸上的歸一化焦距；a_y稱為v軸上的歸一化焦距，(u₀,v₀)為像平面上的主點(diǎn)在像素坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；k1,k2,k3為徑向畸變參數(shù)，p1,p2為切向畸變參數(shù)，b1,b2為仿射和非正交變形參數(shù)。