[發明專利]基于零膨脹陶瓷標定板的視覺測量系統動態校正方法

有效

• 申請號: 202011382690.3
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112634373B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 孫增玉;劉柯;王杏;高越;吳桐;鮑晨星;袁媛
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70;G06N3/04;G06N3/08;G01M9/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 許姣

本發明提出一種基于零膨脹陶瓷標定板的視覺測量系統校正方法，能夠克服測試過程中高低溫變化及傳輸路徑氣流密度變化對測量準確度的影響。在視覺測量系統的被測視場空間內放置零膨脹陶瓷標定板，零膨脹陶瓷標定板上設置有靶點；測量時，視覺測量系統中的各相機進行實時圖像采集，提取得到零膨脹陶瓷標定板上各靶點的圖像坐標，并計算重投影誤差e，當e大于預設閾值s時，進行參數校正；參數校正過程為：首先建立零膨脹陶瓷標定板上各靶點的真實值與預測值之間的關系，進而得到畸變校正模型；然后將視覺測量系統靜態參數標定條件下直接計算出的測點空間相對坐標輸入到畸變校正模型中進行計算，其輸出值即為畸變校正后的測點空間三維坐標。

技術領域

本發明涉及一種校正方法，具體涉及一種基于零膨脹陶瓷標定板的視覺測量系統動態校正方法。

背景技術

立體視覺測量技術是基于視差原理實現的，利用多個空間位置姿態關系已知的相機(其中一個為基準相機，其它相機相對基準相機的空間位置姿態關系已知)在不同方位下同時采集被測特征的圖像，通過圖像處理及同名點匹配等技術獲取被測特征對應的同名像點對；然后利用相機成像模型建立成像光線方程，構建光線三角交會約束，組建多目視覺測量數學模型，進而解算被測特征空間三維坐標。

視覺測量系統中，多相機坐標系間的空間轉換關系(即相機外參數)以及每個相機畸變參數(即相機內參數)是立體視覺測量模型解算過程中必須已知的先驗條件，需要通過預先標定及定向_技術獲取相機的內外參數。

相機標定內參數包括相機的內方位參數和各項鏡頭畸變。相機的內方位參數包括相機的主點坐標和主距(即焦距)；鏡頭畸變是指相機物鏡系統設計、制作和裝備所引起的像點偏離其理想位置的點位誤差，包括徑向畸變系數，偏心畸變系數和面陣變形系數。

相機外參數包括三維平移參數(T_x，T_y，T_z)和三方向旋轉參數(θ_x，θ_y，θ_z)。

但在一些特殊場合，如風洞試驗中，測量過程中環境是動態變化的，風洞氣流溫度變化大，氣體介質的溫度梯度會影響光的傳輸路徑，氣流密度會隨溫度和流速的變化對光學路徑產生折射和畸變；傳統視覺測量系統靜態標定動態測量的方法不再適用，在靜態條件下標定的視覺測量系統參數只包含了相機的內外部參數和光學系統的畸變參數；而試驗中環境氣流的變化又會引入新的畸變，需要進行動態校正；但該環境引起的畸變不符合傳統的鏡頭畸變模型。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種基于零膨脹陶瓷標定板的視覺測量系統動態校正方法，對應用在風洞試驗等特殊環境下的視覺測量系統進行畸變的動態校正，能夠克服測試過程中高低溫變化及傳輸路徑氣流密度變化對測量準確度的影響。

所述的基于零膨脹陶瓷標定板的視覺測量系統動態校正方法：

在所述視覺測量系統的被測視場空間內放置零膨脹陶瓷標定板，所述零膨脹陶瓷標定板上設置有四個以上圓形靶點；

首先對所述視覺測量系統進行靜態參數標定，包括內部參數和外部參數的標定，由此確定視覺測量系統中每個相機的內參數矩陣、每個相機的畸變模型以及各相機相對于基準相機的外參數矩陣；

測量時，所述視覺測量系統中的各相機進行實時圖像采集，通過各相機采集到的被測視場空間內所述零膨脹陶瓷標定板的圖像，提取得到所述零膨脹陶瓷標定板上各靶點的圖像坐標，然后計算各非基準相機采集的圖像中的靶點相對基準相機的重投影誤差e；若es，表明需要進行參數校正，如e≤s，則無需進行參數校正；其中s為預設的重投影誤差閾值；

所述參數校正過程為：

零膨脹陶瓷標定板上各靶點的空間相對坐標為己知標準值，令為真實值；令所述視覺測量系統在靜態參數標定調節下測得的各靶點的空間相對坐標為預測值，建立零膨脹陶瓷標定板上各靶點的真實值與預測值之間的關系，進而得到畸變校正模型；