[发明专利]一种基于单目相机的大尺寸视觉测量系统及其标定方法

权利要求书

1.一种基于单目相机的大尺寸视觉测量系统，其特征在于：包括可人为调整相机焦距并固定的单目相机、三脚架、结构附件、特制标定板、激光跟踪测量装置、用户计算机，相机安装在三脚架上，结构附件安装相机上方，结构附件上设有至少三个高度各不相同的小圆柱，小圆柱和相机上表面垂直，小圆柱的顶端分别安装有小反光靶镜，小反光靶镜作为明显标记点，特制标定板板身设计为矩形平板，矩形平板的上半部分为一个平面镜，矩形平板与平面镜同侧的下半部分上设有一个标准的棋盘格方格，特制标定板放置在相机前方, 激光跟踪测量装置放置在世界坐标系原点，用户计算机用于图像处理计算；

所述的一种基于单目相机的大尺寸视觉测量系统的标定方法，包括如下步骤：

Step1、设计制作一个能够与相机连为一体的结构附件；

Step2、设计制作一块特制标定板；

Step3、将相机拿到被测物现场，找到N个测点，N>=3，调整各测点与被测物之间的距离，调好相机焦距并固定一个焦距；

Step4、将结构附件和相机安装在一起；

Step5、相机内参数标定；

Step6、标定明显标记点与相机镜头光心的相对空间位置和光轴的相对姿态；

Step7、利用激光跟踪测量装置测量计算出相机上的三个明显标记点P1、M1、N1在各个测点的绝对空间位置；

Step8、利用步骤Step6标定的相对空间位姿和步骤Step7中的绝对空间位置计算得到相机镜头光心的绝对空间位置和光轴的绝对姿态；

Step9、根据步骤Step8的结果计算出多次测量间相机光心的欧式相对距离；

Step10、根据步骤Step5到Step9中得到的数据和相机在各测点采集到的被测物的图像可计算出其整体和细节尺寸，实现其测量目的。

2.根据权利要求1所述的一种基于单目相机的大尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述的激光跟踪测量装置为激光跟踪仪。

3.根据权利要求1所述的一种基于单目相机的大尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述步骤Step5中，相机内参数标定方法为：利用Step2设计的特制标定板的下半部分或普通的标准标定板采用张正友的标定方法拍摄m张照片标定出内参数，m>=7。

4.根据权利要求1所述的一种基于单目相机的大尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述步骤Step3和步骤Step4的顺序可以调整互换。

5.根据权利要求1所述的一种基于单目相机的大尺寸视觉测量系统，其特征在于：所述步骤Step6中，标定明显标记点与相机镜头光心的相对空间位置的具体标定过程如下：

Step6.1：根据步骤Step3确定的测量位置，安装固定好相机后，将步骤Step2中设计的特制标定板放置在摄像机视野中进行采集图像，采集到的图像要求包括整块特制标定板，特制标定板的上下两个部分都在采集到的图像中，同时保证三个明显标记点P1、M1、N1在镜子中的虚像都在采集到的图像中，移动特制标定板到N个位置，N>=7，采集N幅带有标定方格以及像点P1、M1、N1的镜子图像；

Step6.2：由步骤Step6.1中采集到的N幅带有标定的镜子图像标定计算出镜子与相机的空间相对位置；

Step6.3：从步骤Step6.1中采集到的N副带有标记点像点P1、M1、N1的镜子图像中，提取出N组P1，M1，N1的像素坐标；

Step6.4：由Step6.3中的这N组三个明显标记点P1,M1,N1的像素坐标结合步骤Step5中得到的相机内参数及步骤Step6.2计算的镜子空间相对位置值，可以计算出明显标记点P、M、N的位置。