[发明专利]一种线阵CCD相机的自标定方法及测量方法

说明书

本发明公开了一种线阵CCD相机的自标定方法及测量方法，涉及摄像测量技术领域。自标定方法包括：沿光幕靶坐标系Y轴设置标志杆及标志点M，标志点M位于负Y轴，且处于线阵CCD相机测量时的视场外；线阵CCD相机围绕光心从第一俯仰角位置旋转至第二俯仰角位置过程中，以预定的旋转角度间隔采集标志点M在线阵CCD相机中的成像；从每一幅采集的图像中获取标志点M的坐标，并计算标志点M与线阵CCD相机的像面中心点之间的归一化偏移距离；以像元坐标为变量，构建归一化偏移距离与变量之间的畸变模型，根据畸变模型求解线阵CCD相机的离散像元坐标对应的归一化偏移距离和偏移角。本发明避免繁琐计算和误差，标定过程快速准确。

技术领域

本发明涉及摄像测量技术领域，具体是涉及一种线阵CCD相机的自标定方法及测量方法。

背景技术

随着国防工业的不断发展，各种武器装备层出不穷，对靶场测试系统的要求不断提高。以纸质靶为代表的传统靶板，由于其在实时性、准确度、自动化程度、重复利用率等方面存在着局限性，已经不能满足现代化武器装备测试的需求。基于CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合器件)相机的光幕靶交汇测量技术是一种非接触式的二维光电测量技术，由于对实验场景的要求比较简单，无需特定的背景，可以适应不同尺寸的弹丸以及不同测试距离的要求，因此成为了现代武器系统测试的主流。

基于线阵CCD的交汇测量系统主要由两台经纬仪、两台线阵CCD相机和两台激光发生器组成。其中，两台线阵CCD相机分别固定在两台经纬仪上，作为光幕靶的图像采集装置；两台高精度经纬仪负责控制两台相机的姿态位置；两台激光发生器负责构建光幕靶。交汇测量的原理如图1所示，相机1的光心为O₁，相机2的光心为O₂，两台相机光心的连线O₁O₂称为基线，基线长度为d，两台相机的光轴OO₁和OO₂与基线O₁O₂的夹角(即线阵CCD相机进行测量时的俯仰角γ)均为45°，从而使两相机的光轴正交，交点为光幕靶的中心，以该点为原点O，以平行于基线的直线为X轴，以垂直于基线的直线为Y轴，构成光幕靶坐标系。弹丸穿过光幕靶时所经过的点设为A，A点会在两相机的像面上成像，根据几何关系，通过公式(1)和(2)以及O₁A与OO₁之间的夹角α、O₂A与OO₁之间的夹角β可计算得到A点在光幕靶坐标系中的坐标(x，y)。

α和β可以根据A点在相机像面上的像点与像面中心点相距的像元数Q₁和Q₂、两相机的焦距f₁和f₂、以及两相机的像元间距Δ₁和Δ₂通过公式(3)和(4)计算得出：

由此可见，弹丸位置的测量精度是交汇测量系统的重要指标，受到相机的内部参数和外部参数的影响。相机的内部参数与相机自身特性相关，例如相机的焦距、像素大小等；相机的外部参数是在世界坐标系中的参数，例如相机的位置、旋转方向等。为了保证交汇测量系统的测量精度，需要对相机进行标定。传统的标定方式需要对相机的内部参数和外部参数分别进行标定，然后在后续的弹丸位置计算过程中代入这些参数，从而保证弹丸位置的测量精度。这种方式需要人为布置标定物，标定过程复杂繁琐。在每次的像元位置计算中需要代入各项标定参数，增加系统的计算量。另外，由于求解出的各项参数会不可避免的带有误差，在求解像元位置时，多项参数的迭代有可能会放大像元误差，不利于提高交汇测量系统的标定精度。

发明内容