[發(fā)明專利]一種單維像素合并模式等效窄面陣相機空間位置測量方法

有效

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• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112880563B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高揚;崔恒宇;王旭
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;H04N5/232
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 顧煒;安麗

本發(fā)明提供一種單維像素合并模式等效窄面陣相機空間位置測量方法，包括使用三個面陣工業(yè)相機建立三目視覺測量系統(tǒng)，各相機通過不同方向的binning構(gòu)建成等效窄面陣成像，采集目標圖像，提取窄面陣圖像下的特征標識亞像素中心位置，根據(jù)三目相機內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)標定結(jié)果計算出特征標識在測量系統(tǒng)坐標系下的空間位置坐標。本發(fā)明提供一種介于面陣和線陣視覺的精密動態(tài)空間位置測量方法，基于單維binning模式的等效窄面陣相機通過三目組合實現(xiàn)空間位置測量，滿足高精度、高速度測量需求，對動態(tài)精密空間位置測量具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于動態(tài)精密空間位置測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于單維像素合并模式(即binning)等效窄面陣相機空間位置測量方法。

背景技術(shù)

動態(tài)精密空間位置測量是機械測試的重要領(lǐng)域，在飛行器風洞測試試驗，船舶拖曳測試試驗，大尺寸部件裝配和運動過程監(jiān)控等領(lǐng)域應用廣泛。

動態(tài)精密空間位置測量對測量系統(tǒng)提出了較高要求：一是空間分辨率要求高，精密的空間位置測量，較高的分辨率是重要前提；二是采樣速率要求高，測量系統(tǒng)必須要有足夠的采樣速率來捕捉目標運動過程中的細節(jié)變化；三是靈敏度要求高，由于采樣速率高，每次采樣的積分時間短，因此高靈敏度是目標測量精度和測量范圍的重要保障；四是要有多目標的同步測量能力，要保證時間上的同步性來減小動態(tài)誤差的引入。

對于上述常規(guī)及大尺度空間動態(tài)目標的精密空間位置測量，基于面陣相機或線陣相機的立體視覺測量方法以其非接觸測量且配置簡單，測量精度較高，測量方式靈活，因而廣為應用。

然而在高動態(tài)條件下，傳統(tǒng)的雙目面陣相機測量系統(tǒng)和三線陣相機測量系統(tǒng)均存在一定缺陷。對于雙目面陣相機測量系統(tǒng)，面陣相機的高分辨率圖像采集傳輸和圖像處理時間等因素限制了系統(tǒng)測量速率，而高幀頻相機往往成本高、體積大。對于三線陣相機，采用柱面鏡將像素排列法向的成像視場壓縮至一點，導致測量目標易受干擾，且因目標混疊而不能實現(xiàn)多目標成像，只能循環(huán)點亮；同時，線陣相機基于柱面鏡的成像原理會導致鏡頭孔徑光闌小，進光亮小，使得被測目標必須采用高亮發(fā)光特征，限制了其應用范圍。

可見，傳統(tǒng)雙目面陣相機測量系統(tǒng)和三線陣相機測量系統(tǒng)都存在各自的不足，難以平衡動態(tài)精密空間位置測量的各類要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種單維像素合并(binning)模式等效窄面陣相機空間位置測量方法，破除傳統(tǒng)雙目面陣相機和三線陣相機的固有缺陷，既能結(jié)合兩者優(yōu)點，又能一定程度彌補兩者不足，實現(xiàn)高性能的動態(tài)空間位置測量。

為實現(xiàn)上述目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種單維像素合并模式等效窄面陣相機空間位置測量方法，采用binning模式等效窄面陣成像的方式實現(xiàn)高速度測量的能力；采用三相機組合測量的方式實現(xiàn)測量的高精度，涉及binning模式成像方法及三目組合、等效窄面陣三目視覺測量模型、等效窄面陣三目視覺測量系統(tǒng)相機內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)標定、窄面陣圖像處理方法等。

基于單維像素合并模式(即binning)將工業(yè)面陣相機轉(zhuǎn)化為等效窄面陣，通過三個等效窄面陣相機構(gòu)建三目測量系統(tǒng)，并針對由光點構(gòu)建的特征標識進行測量；通過三個等效窄面陣相機構(gòu)建的三目測量系統(tǒng)，三個相機分左、中、右排列視場交匯構(gòu)成三目視覺測量系統(tǒng)，其中左、右相機采用1×4binning(即縱向進行4倍的像素合并，橫向不合并)，中間相機采用4×1binning(即橫向進行4倍的像素合并，縱向不合并)；固定好三目相機的位置，保證在測量過程中相機位置不發(fā)生變動。

所述等效窄面陣三目視覺測量系統(tǒng)，建立等效窄面陣三目視覺測量模型，并標定得到各相機內(nèi)部參數(shù)和相機之間空間關(guān)系的外部參數(shù)；所述等效窄面陣三目視覺測量模型，建立起被測特征標識圖像像素位置與測量坐標系下空間位置的關(guān)系，模型中包含各相機內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。

所述等效窄面陣三目視覺測量系統(tǒng)中各相機內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)標定，步驟如下：