[发明专利]一种图像测量系统的标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动化仪表中的图像测量系统技术领域，更具体地说，涉及一种图像测量系统的标定方法。

背景技术

标定技术是测量系统可靠与精度的保证，图像测量系统也不例外，光学镜头系统无法实现理想的线性针孔模型，相机在拍摄时就会带来一些对应关系的畸变，相机的成像过程是一个从3维空间到2维空间的退化的射影变换，其中存在射影不变的几何关系原理，利用此原理可以对相机系统进行标定，并在标定中对畸变进行校正；同时相机与被测物之间的空间映射关系在标定中完成对应坐标的确定，有了这些标定参数，图像测量系统就能完成对象物体的测量。

通常图像测量系统的标定采用在相机可视的范围内，安放高精度的已知结构平面的标定靶板，如棋盘格、圆点图等获取确定标定数据。在尺寸比较小的情况下，在可视范围内放满此类传统的平面的标定靶板，它比较方便、精确。但是，在冶金行业大视场应用条件下，如要对板坯进行测量，则需要对连铸坯在长度12米宽度2米的平面范围内进行完整可靠的标定，此时靶板尺寸将超过6米×3米，同时要安放在辊道系统上，为了保证足够大的尺度、强度，并保证平面不变形，平面靶板将很大，很厚，也难搬动，占地面积也很大，难于保管，加工困难，成本很高。这样给标定操作带来了相当的困难，也给工业化大视场图像测量系统的高精度测量条件下的应用带来了操作实现上的困难。

为此，针对工业化大视场图像测量系统领域，迫切需要提出了一种利用简单的标靶装置并依据几何约束来获得标定数据的方法，从而避免使用.平面固定机械装置进行约束。

专利申请号为CN03109649.2的一种摄像机标定方法及其实施装置，该专利申请采用标记圆孔半径为其余圆孔半径的120％至150％的圆形靶标，通过图像的噪声滤除，阈值分割，轮廓跟踪，椭圆识别，椭圆拟合及中心提取方法，根据标记圆孔圆心及离标记圆孔最近的圆孔的圆心的空间位置、标记圆孔与其余圆孔的圆心距及沿空间某一方向移动圆形靶标的移动距离，采用特征点空间定位方法确定摄像机的位置。它的目的是为了解决标定范围和坐标原点问题，该专利并不涉及大尺度标定问题。

专利申请号为CN200610041694.93的基于自标定技术的大场景立体视觉摄影测量装置，该装置包括升空气球动力部分、摄影方位控制部分和立体视觉摄影部分，利用该摄影测量装置并结合立体视觉技术可以快速得到三维地貌等大场景的空间三维几何信息，但是该专利不能获得原始的大尺度被标定数据，并且标定精度也有限。

专利申请号为US2001006554的一种车载图像标定器(On-vehiclecamera calibration device，US2001006554)，该标定器可以在屏幕的任意部分设定摄像机的参数，一个摄像机摄入外界景物的同时把一个标定指示器叠加显示在屏幕上，屏幕上标定窗口的位置可以在2维坐标系中变化，标定指示器中的参数可以进行人工修正。该标定器只是用于位置指示，并未获得标定点的物理坐标，不能用于精确标定被观测对象与图像之间的关系。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像测量系统的标定方法，该方法利用简单的标定靶，采用几何约束来确定标定靶在不同的位置。有效的克服了现有技术中使用固定机械装置约束来确定标定靶的位置，具有效率高、精度高、成本低的优点。

为实现上述目的，本发明提供一种图像测量系统的标定方法，包括以下步骤：

a.准备CCD相机、计算机以及标定靶，所述计算机与CCD相机连接，所述标定靶具有标定点，标定点在同一水平线上且之间保持固定的距离；

b.将所述标定靶分三次放在被标定平面上并依次用所述CCD相机成像，使每次放置的标定靶的标定点连线及其延长线在被标定平面上构成三角形，选择所述三角形的边长作为坐标轴并将一个标定点作为被标定平面的原点；

c.将所述三次放置的标定靶的图像在计算机的图像平面上叠加，每次放置的标定靶的标定点连线及其延长线在图像平面上构成三角形，计算并输出图像平面上所述三角形各端点坐标及其边长；

d.根据被标定平面与图像平面上的几何不变的原理，建立计算模型，输出被标定平面上所述三角形各边长、角度及其各端点的坐标；

e.将所述步骤c、d输出的各端点坐标输入已知的被标定平面与图像平面的共线方程，得到所述被标定平面与图像平面的关系。

所述标定方法还包括以下步骤：

f.分别将作为所述步骤b三角形一条边的标定靶向相应的方向均匀放置并成像，使均匀放置的标定靶与所述步骤b三角形另外两条边在被标定平面上构成一系列三角形；