[發明專利]一種基于精密二軸轉臺的雙目立體視覺傳感器一體式標定方法

有效

• 申請號: 201810419519.1
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108648232B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 高揚;張廣軍;劉震;楊守波;張靖毓;石博文
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明公開一種基于精密二軸轉臺的雙目立體視覺傳感器一體式標定方法，精密二軸轉臺與激光跟蹤儀靶球一同做旋轉運動，解算跟蹤儀坐標系到轉臺坐標系的轉換矩陣；光學反射球作為雙目標定的光學參考點，固定于轉臺前方，通過光學反射球與跟蹤儀靶球精密互換及跟蹤儀測量，建立光學反射球中心在轉臺坐標系下的位置；雙目與轉臺一同做二維轉動，拍攝光學參考點，并同步記錄各站位的角度值，建立虛擬標定控制場；擬合雙目圖像中反射球的橢圓輪廓，計算標定靶標圓心的圖像位置；基于雙目立體成像模型建立最小化目標函數，進行雙目內外參標定。本發明適合在短基線距大視場條件下，完成高精度雙目標定。

技術領域

本發明涉及傳感器標定技術，具體涉及一種基于精密二軸轉臺的雙目立體視覺傳感器一體式標定方法。

背景技術

大視場立體視覺三維測量的測量空間范圍從幾米到幾十米乃至上百米，是精密航空視覺引導、大型機械裝備定位、大型構件制造與裝配等先進技術領域中的重要測量手段。大視場視覺測量以其測量范圍大，測量過程非接觸等優勢，在測量領域具有不可替代的地位。針對非合作目標的三維視覺測量，關鍵技術在于如何實現同名對應點的立體匹配，進而得到精確的視差圖。為提高匹配精度，縮短雙目基線距，減小相機視角變化，獲取高精度的視差值，同時保證較大的公共測量視場。

基于大視場三維測量的應用需求、短基線距的結構需求，以視差法為測量原理的短基線距大視場雙目立體視覺測量設備，成為當前視覺三維測量的研究熱點，涌現出Bumble bee深度相機、ZED 2K立體相機等產品。短基線距大視場雙目標定方法及其應用的研究，旨在解決短基線距大視場視覺測量中標定精度不高、靶標制作困難的問題。雙目標定技術作為視覺測量的核心技術，其精度直接影響測量精度，但常規雙目標定方法由于受到視場范圍有限、視場空間變化、靶標制作困難等諸多因素的制約，已無法滿足短基線距大視場高精度的測量需求。

大視場雙目標定與普通視場雙目標定的理論基礎相同，而大視場標定過程中，不可避免的問題是獲取大尺寸的精密靶標變得較為困難，即使能夠制作這樣的靶標或構造虛擬靶標，也面臨成本問題，以及難以適應雙目測量空間和測量視場的變化問題，難以滿足高精度的要求。短基線距雙目立體視覺傳感器的標定中，靶標在深度方向的多位置變化會引入計算誤差，進而影響標定精度。大視場標定中，一維靶標以其加工成本低，加工精度高等優點而得到廣泛研究，但是一維靶標所含信息量少，精度會受到制約；采用小平面靶標多位置標定的方法，盡管能夠靈活布置充滿雙目測量空間，但是各個位置之間缺乏聯系與約束，不能有效描述整個測量空間的雙目立體模型，影響標定精度，同時操作流程也往往較為復雜。

申請號為CN201611094763.2的發明專利公開了一種基于單LED發光點和二維轉臺的復眼系統標定裝置及標定方法，通過一維平移調整LED位置的方式實現標定，但是并未使用激光跟蹤儀，無法建立大視場標定控制場，無法實現大視場下相機高精度的標定；論文“基于虛擬平面靶標的大視場攝像機標定技術研究”、論文“面向大視場視覺測量的攝像機標定技術”和論文“構建虛擬立體靶標的大視場高精度視覺標定”都構建出大尺度的虛擬靶標，但是沒有用到轉臺，需要多次移動標定特征以布滿測量空間才能進一步完成標定。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種基于精密二軸轉臺的雙目立體視覺傳感器一體式標定方法，解決在短基線距大視場條件下測量深度變化范圍大、標定精度要求高的場合中，難以設計標定靶標與視場相適應的問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于精密二軸轉臺的雙目立體視覺傳感器一體式標定方法，該方法包括：

a、精密二軸轉臺與激光跟蹤儀靶球一同做旋轉運動，激光跟蹤儀測量多個位置的靶球球心坐標，解算跟蹤儀坐標系到精密二軸轉臺坐標系的轉換矩陣；