[发明专利]一种激光视觉二维位移测量系统标定方法

权利要求书

1.一种激光视觉二维位移测量系统标定方法，其特征在于：在激光二维位移标定平台中实现标定；通过获得图像角点后对摄像机的内部参数进行优化分析和误差分析，再对摄像机的外部参数标定；对纵向位移采用样条曲线拟合法；对于横向位移提出曲线拟合和空间几何关系等效变换相结合方法，可以有效标定出相机位置θ角；

所述方法具体为：

(1)打印尺寸为30mm×30mm，长宽个数为9×9黑白相间的棋盘格，作为实验标定板；使用NI的面阵CCD摄像机从不同角度获得20幅模板图像输入到Matlab经典工具箱toolbox-calib文件夹中；

(2)运行matlab2016工具箱中函数Camera Calibration，出现工具箱标定窗口，添加所拍摄的标定板图片，根据需要确定图像角点，建立图像坐标系O-XY，求出摄像机内参数矩阵A，即得到了相机的焦距和光学中心；

(3)由光学平台产生一系列纵向位移，得出相应图像特征点像素，获得纵向位移与图像特征点拟合曲线；

(4)由曲线拟合公式计算相机主点对应的纵向位移，然后由光学平台产生一次横向位移；

(5)由光学成像原理，根据几何成像关系，由横向位移变化、特征点像素横向变化、与主点纵向位移偏差和与主点纵向像素变化参数，计算出相机位置θ角；

所述对纵向位移采用样条曲线拟合法；对于横向位移提出曲线拟合和空间几何关系等效变换相结合方法，可以有效标定出相机位置θ角，具体为：

设C′点是图像中的像素主点，直线D′B′平行于图像的y轴，直线E′F′平行于图像的x轴；工作面M1位于参考面M0之上，工作面M2位于参考面M0之下，分别在△BCO和△CDO中使用正弦定理，有：

式中：α₁为CCD底端过透镜中心光线与激光器光线所成角度，β₁为CCD底端过透镜中心光线与透镜光轴所成角度，α₂为CCD顶端过透镜中心光线与激光器光线所成角度，β₂为CCD顶端过透镜中心光线与透镜光轴所成角度；

其中：

sin(π-α₁)＝sin(θ+β₁)；sinα₂＝sin(θ-β₂)；CO＝l

而因CC′⊥平面MD，故利用直角△OC′D′和直角△OC′B′，分别可得出：

其中d是相机焦距，Δy₁为工作面在参考面上时对应的像素上y轴方向的位移，Δy₂为工作面在参考面下时对应的像素上y轴方向的位移，从而得到：

其中公式(2-2)是工作在参考面之上时的情况，公式(2-3)是工作在参考面之下的情况；ΔH₁为工作面在参考面之上时，工作面与参考面之间距离；ΔH₂为工作面在参考面之下时，工作面与参考面之间距离；

特征点位移相对相机在水平方向上发生位移时，对应像素点在图像x轴方向上发生移动的几何关系，其中O是相机的光学中心，因此△OEF∽△OE′F′，故有：

得到：

E′F′＝Δx

所以，

根据公式(2-2)、(2-3)和(2-4)能够得知特征点位移特征点在图像上的偏移量Δx、Δy，与实际空间上的位置移动ΔH、ΔX存在着数学关系，因此，只要知道特征点位移图像中特征点的起始位置，以及每一帧图像特征点的偏移量，就可以计算出特征点水平和垂直方向实际位置的位移量，因此通过多点测量，采用三次样条插值可以拟合出面阵CCD图像像素点位置变动量Δh与实际空间上的位置移动ΔH二者之间的关系；

由像素点位置变动量Δh与实际空间上的位置移动ΔH二者之间的关系中的待定参数拟合结果得到拟合曲线；

根据水平方向上的像素与位移的关系公式：

其中，ΔY为系统的实际偏移量；

求出面阵CCD成像面与成像透镜主光轴所在直线之间的夹角θ，再利用角度测试仪与实际测量值进行对比得出误差，标定结束。