[发明专利]一种单线阵摄像机标定方法

权利要求书

1.一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：

步骤一、制作同心圆标定板，所述同心圆标定板上具有两个同心且不同半径的圆；

步骤二、固定LED光源位置和线阵摄像机的位置，设定线阵摄像机的焦距、曝光时间、光圈大小和扫描频率；

步骤三、使同心圆标定板在不同的设定高度上，以固定的位姿和设定好的速度匀速通过线阵摄像机扫描视场范围，用线阵摄像机以固定的频率拍摄三组同心圆标定板在不同设定高度上的线阵图像；

步骤四、在拍摄的线图像中确定同心圆直径对应的线图像，方法为：计算每个线图像中同心圆边缘点之间的差值，差值最大的一个线图像即为同心圆直径对应的线图像；

步骤五、根据制作同心圆标定板时设定的两个同心圆的半径，对线图像进行镜头径向畸变校正；

步骤六、在确定的同心圆直径对应的线图像中，选定直径与两个同心圆的四个交点和同心圆的圆心为特征点，得到五个特征点的图像坐标；

步骤七、在同心圆标定板上建立世界坐标系，使投影到线图像上的那条直径与世界坐标系成一个已知的角度，计算出投影到线图像上的那条直径上选定的五个特征点的世界坐标；

步骤八、根据选定的五个特征点的图像坐标和世界坐标，通过视平面方程和视线方程求解得到线阵摄像机坐标系与世界坐标系之间的旋转矩阵和平移向量，即得到线阵摄像机的外部参数；

步骤九、根据设定的焦距，得到线阵摄像机的内部参数，即完成线阵摄像机的标定。

2.如权利要求1所述的一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：所述的LED光源设置在线阵摄像机拍摄位置的正下方，且光照方向朝上，线阵摄像机的设置位置距离LED光源的位置不大于50cm。

3.如权利要求2所述的一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：所述的LED光源的上方设有厚度小于0.5cm，宽度9—11cm的玻璃板，玻璃板与LED光源之间的距离小于1.0m。

4.如权利要求1所述的一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：所述步骤四中，在计算每个线图像中同心圆边缘点之间的差值之前，首先对线图像进行开闭运算，去除噪声并连接同心圆边缘点间断点，对线图像进行二值化处理后，计算出图像的边缘。

5.如权利要求1所述的一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：所述对线图像进行镜头径向畸变校正的方法为：根据制作同心圆标定板时设定的两个同心圆的半径，计算出同心圆标定板上直径与两个同心圆的四个交点的交比值，根据交比不变性计算出畸变系数，最后得到特征点矫正后的图像坐标位置。

6.如权利要求1所述的一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：所述的视线方程为                                               ，即，视平面方程为，其中，为矫正后的图像坐标位置，X、Y、Z为世界坐标；根据选定的特征点的世界坐标，通过视平面方程计算得到中间参数，将视平面方程代入视线方程得，并根据特征点的图像坐标和世界坐标计算得到中间参数。

7.如权利要求6所述的一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：由两个视线方程和一个视平面方程，求解出中心投影点的世界坐标，即平移向量，其中和为任选的图像坐标位置。

8.如权利要求6所述的一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：根据求解得到的中间参数和求解得到旋转矩阵为，其中，，。

9.如权利要求1所述的一种单线阵摄像机标定方法，其特征在于：步骤九所述的内部参数为，其中表示焦距在轴上的尺度因子，为线阵图像中心的坐标。