[发明专利]一种用于摄像机主轴与激光束进行平行配准的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机视觉领域的一种方法，具体是一种用于摄像机主轴与激光束进行平行配准的方法。

背景技术

摄像机与激光发射器(激光测距仪或激光结构光)可以组成的瞄准系统，该系统具有下述功能：当目标在摄像机中心位置时激光束对准该目标，或者在激光束对准目标时目标在摄像机拍摄图像的中心位置，即所拍摄目标与激光束所指示的目标是同一目标(或目标上的同一位置)。摄像机与激光发射器(激光测距仪或激光结构光)组成的瞄准系统被广泛应用在测距、测姿等领域，以实现从摄像机所拍摄的图像上选择被测目标，或者通过激光指示确定目标后拍摄目标的图像。

摄像机主轴是采用针孔模型描述摄像机成像过程中定义的一条直线，当该直线与激光束平行时，摄像机所拍摄目标与激光束所指示的目标是同一目标(或目标上的同一位置)。摄像机与激光发射器(激光测距仪或激光结构光)组成的瞄准系统需要对系统进行配准才能够正常工作，这里的配准是指将摄像机和激光发射器的摆放位置进行调整，使摄像机的摄像机主轴和激光发射器所发射的激光束互相平行，即摄像机主轴和激光束的平行配准，这样才能够使所拍摄目标与激光束所指示的目标是同一目标(或目标上的同一位置)。摄像机主轴是人为定义的一条直线，现实中是不可见的。因此，对摄像机主轴和激光束进行平行配准通常比较困难。

通过对相关技术文献检索发现晁志超在2011年3月《光学学报》第31卷第3期上发表的《单目摄像机激光测距传感器位姿测量系统》中采用了摄像机主轴与激光测距仪激光束相平行的系统，但是其在文献中仅采用人工手动估计调节的方法来进行摄像机主轴和激光束的平行配准，造成拍摄的目标与激光束指示的目标不是同一目标(或目标的同一位置)，系统的测量精度因此大打折扣。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于平面单应的对摄像机主轴和激光束进行平行配准的方法，能够对摄像机与激光发射器(激光测距仪或激光结构光)组成的瞄准系统，进行摄像机主轴和激光束平行配准。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：

步骤一，拍摄棋盘标定块和激光束在棋盘标定块上形成的光点图像。

步骤二，使用步骤一中拍摄的图像标定摄像机参数(摄像机矩阵)，并估算摄像机主轴。

步骤三，使用步骤一中拍摄的图像利用平面单应原理标定激光束原点。

步骤四，利用平面单应原理估算平行激光束的像点并标定激光束。

步骤一中的棋盘标定块是如图1所示的矩形标定块，标定块上矩形的尺寸是已知的。

步骤一中的摄像机在整个标定过程中摄像机焦距不变。

步骤二中所述的摄像机参数(摄像机矩阵)是一个3x4的矩阵。该矩阵是针孔摄像机模型中描述摄像机参数的矩阵。所述针孔模型，是通常用来描述摄像机透视投影成像过程的模型。

步骤二中所述的摄像机主轴是针孔模型中定义的一条直线，该直线满足所有该直线上的点在摄像机上所成的像点为同一点。

步骤三中所述的激光束原点是空间中一点，激光发射器被固定于该点，并只可以绕该点进行旋转，且激光发射器发射的激光束所在的直线穿过该点。

步骤三中所述的平面单应是用来描述两个平面上的点之间映射关系的数学模型。

步骤四中所述的平行激光束像点是过激光束原点并与摄像机主轴平行的直线同标定块的交点在摄像机中所成的像点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本方法只需拍摄四幅图像即可完成标定，仅需一块棋盘标定块辅助，标定速度快，易于实现，且具有较高精度。

附图说明

图1为本发明用于摄像机主轴与激光束进行平行配准的方法中所用的棋盘格标定块示意图；

图2为本发明的标定原理图。

具体实施方式

下面结合附图1和图2进一步说明本发明是如何实现的。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

步骤一，拍摄棋盘标定块和激光束在棋盘标定块上形成的光点图像。