[发明专利]一种单线阵摄像机标定方法

说明书

技术领域

本发明属于摄像机标定领域，特别涉及一种单线阵摄像机标定方法。

背景技术

摄像机标定是三维重建的核心，摄像机标定就是计算出摄像机的图像坐标系与世界坐标系的对应关系，然后利用多个二维图像中的信息重建出三维信息。因此摄像机的标定结果的精度及算法的稳定性将直接影响摄像机工作产生结果的准确性。

如今的摄像机标定大多都集中在面阵摄像机标定，因此面阵摄像机标定经过多年的发展已日益成熟，但是线阵摄像机标定发展比较缓慢，由于面阵摄像机标定都是针对整个面阵图像即二维图像进行标定的，而线阵摄像机标定是针对线阵图像中的每条线图像即一维图像进行标定的，因此面阵摄像机标定方法并不适用于线阵摄像机标定，需要对其采用适合于一维图像标定的新方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于单线阵摄像机的标定方法，能够快速准确的完成摄像机标定。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种单线阵摄像机标定方法， 

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、设定线阵图像的中心为                                                ，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

根据求解得到的中间参数和求解得到旋转矩阵为，其中，，。

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。

本发明的有益效果是：同心圆标定板制作简单，通过比较线图像中同心圆边缘点之间的差值，即可确定同心圆标定板直径所对应的线图像，根据交比不变性快速、准确的对镜头畸变进行校正，矫正方法简单，运行速度快，标定方法简单明确，测量精度小于0.1cm。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为本发明的一种线阵摄像机标定实施例的原理框图；

图3为本发明的同心圆位于世界坐标系的；