[發明專利]用于多目視覺傳感器全局標定的全局標定靶標及標定方法

有效

• 申請號: 202110440259.8
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113175870B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 段發階;鄭好;蔣佳佳;傅驍;宋韶輝;李天宇;劉昌文
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

本發明提供了一種全局標定靶標，所述靶標包括相互垂直的兩面，其中一面包括光刻孔靶標，另一面包括多個球槽，所述球槽用于放置激光跟蹤儀跟蹤球。本發明采用光刻圓孔靶標對雙目傳感器進行內外參數的快速標定，相對于采用傳統棋盤格標定靶標能夠大大提升相機內外參數標定精度；本發明利用激光跟蹤儀進行多雙目傳感器的全局標定能夠將各傳感器測量局部三維坐標精準統一到一個全局坐標系中，使用本發明設計的融合二者標定樣板的全局標定圖標能夠在短時間內快速精準標定多組雙目傳感器的內外參數并進行全局標定，大大降低多視覺傳感器測量系統的標定難度并提升標定精度，進一步提升多視覺傳感器測量系統測量精度。

技術領域

本發明涉及計算機視覺檢測領域，特別涉及一種用于多目視覺傳感器全局標定的全局標定靶標及標定方法。

背景技術

計算機視覺是一種機器視覺，是一種利用計算機通過若干幅二維圖像構建三維現實環境的技術，雙目視覺系統采用視差原理可以實現物體的三維測量，針對雙目視覺系統的內外參數的確定成為雙目視覺系統標定問題。如若采用多組雙目視覺傳感器測量大視場范圍內的三維形貌，需在完成每個雙目視覺傳感器內外參數的標定后，統一各個雙目視覺傳感器的世界坐標，進而確定整個多目視覺傳感系統的外部參數，整個視覺傳感系統的內外參確定以及世界坐標統一的過程稱之為全局標定。

對于單個雙目視覺傳感器的內外參數的確定，目前主流的方法有基于2D棋盤靶標的張氏標定法，以及基于平面圓孔靶標的圓孔標定法。棋盤格標定法操作簡單，算法成熟；圓孔靶標標定法對環境閾值表現不敏感，精度較高。

由于多個雙目傳感器組成的視覺測量系統各個傳感器建的重合視場很小，傳統的基于單一標定靶標的全局標定不能使用常規的點統一方法來實現，因此需要探究易于實現的高精度快速的全局標定方法。

由測量原理可知，測量系統的全局校準是需要解決的關鍵問題之一，全局校準的精度將直接影響整個系統的測量精度。要完成視覺檢測系統的全局校準，必須有一標準的三維測量設備，通常使用的校準方法中，三坐標測量設備必須具備較高精度、大測量范圍、能柔性組建和適于工業現場使用等性能。常見的全局校準方法有基于經緯儀的全局標定方法和基于激光跟蹤儀的全局標定方法。

激光跟蹤儀的標定視覺系統可精確測量跟蹤儀靶標球的空間坐標，但跟蹤儀反射球無法精確觸圓孔平面靶標的特征點，這使得兩者沒有共同的標定點。因此系統的全局校準不能使用常規的點統一方法來實現。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種全局標定靶標及全局標定方法，以期部分地解決上述技術問題中的至少之一。

為了實現上述目的，作為本發明的一方面，提供了一種全局標定靶標，所述靶標包括相互垂直的兩面，其中一面包括光刻孔靶標，另一面包括多個球槽，所述球槽用于放置激光跟蹤儀跟蹤球。

其中，所述光刻孔靶標和球槽所在平面分別布置在呈90°彎折的機械工件兩側。

其中，所述全局標定靶標用于多目視覺傳感器的全局標定。

作為本發明的另一方面，提供了一種采用如上所述的全局標定靶標的全局標定方法，包括以下步驟：

根據測量需求設計光刻孔靶標的位置數量，在靶標制造時就確定好光刻孔靶標孔距、方向以及跟蹤儀跟蹤球槽的空間幾何關系；

將靶標與雙目傳感器以機械結構剛性連接，使光刻靶標側位于雙目傳感器共同視場內，跟蹤球側位于激光跟蹤儀跟蹤范圍內保證無遮擋；

雙目傳感器采集光刻孔靶標圖像、激光跟蹤儀跟蹤球球槽所在平面位置及姿態；

根據所述空間幾何關系使用標定算法得到雙目傳感器內外幾何參數以及多組雙目傳感器空間幾何關系，完成全局標定。

其中，所述空間幾何關系包括：獲取光刻孔靶標和跟蹤球球槽所在的空間平面在視覺系統坐標系和跟蹤儀坐標系中的平面方程。