[发明专利]基于平行光管的摄像机标定方法

说明书

本发明涉及一种基于平行光管的摄像机标定方法。利用测角仪器测量平行光管产生的无穷远目标的角度指向信息，再结合无穷远目标对应像点的图像坐标，根据共线方程的标定方法计算像机的内参数。再将标定好内参数的摄像机安装固定到工作位置，利用几个控制点进行绝对定向，即可求解出像机的外参数。本发明适用的视场范围大，既能用于传统的中小视场大小的标定条件，对于外场大视场条件下的摄像机标定也有很好的标定效果，具有重要的理论研究意义和广泛的应用前景。

技术领域

本发明主要利用精密测角仪器测量平行光管产生的无穷远目标的角度指向信息，再结合无穷远目标对应像点的图像坐标，对摄像机进行标定。

背景技术

随着科学技术的不断发展，摄影测量技术已经广泛应用于各种精密测量和运动测量，涉及航空航天、国防试验、勘察勘测、交通运输等领域。它相对于其他测量技术的主要优势在于其高精度、非接触、运动和动态测量、实时测量等显著特点。高精度标定摄像机参数是进行高精度摄像测量的基础，包括主点、焦距等内参数、描述摄像机安装位置、姿态的外参数和描述镜头畸变的像差系数。因此研究具有精度高、实用性强、操作简单等特点的摄像机标定方法有着重要的理论意义和应用价值。

近年来，摄像机标定的方法发展迅猛。摄像机标定实施方式有两大类：一类是通过经纬仪、准直光管、标定试验场等专用设备进行标定；另一类用摄像机拍摄标定参照物，即标定靶标的图像，再通过分析图像来求解像机参数。在摄像机标定方法发展过程中，比较经典的标定方法包括Tsai、Weng、以及Zhang等人的标定方法。这些方法是通过精确给定的空间控制点或控制线等结构已知的参照物进行成像，或者是从不同角度拍摄多幅棋盘格图像得到标定结果。传统的标定方法要求控制点或者控制线均匀分布在摄像机视场中，才能得到比较稳定、精确的标定结果，这些条件在小视场或实验室条件下是容易满足的，如实验室常用的十字丝标靶、棋盘格标板等，但这也需要事先布置大量合作标志，方法繁琐。而在外场等大视场环境下，特别是在空旷的、没有高大建筑物的外场环境下，则无法轻易获取均匀分布在摄像机视场的控制点。所以传统的标定方法无论在小视场还是在大视场，都有其明显的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用精密测角仪器测量平行光管产生的无穷远目标的角度指向信息，再结合无穷远目标对应像点的图像坐标，对摄像机进行标定得到像机内参数，最后经绝对定向得到像机外参数。该发明解决了传统标定方法中布置合作标志很繁琐、在有些大视场条件下甚至无法获得空间控制点的问题，利用平行光管产生均匀布满像机视场的无穷远目标进行像机标定，故该标定方法精度高、简单实用。

本发明的技术方案是通过平行光管，用测角仪器测量平行光管分划板上刻度线各交叉点的角度指向信息。再用待标定的摄像机通过平行光管的透镜，拍摄分划板的图像，提取各刻度线交叉点的图像坐标。用无穷远目标的角度指向信息和其对应像点的图像坐标，根据共线方程的标定方法计算像机的内参数。最后将标定好内参数的摄像机安装固定到工作位置，利用几个控制点进行绝对定向，即可求解出像机的外参数。

1、通过平行光管，用精密测角仪器测量平行光管分划板上刻度线各交叉点的角度指向信息；

平行光管又称为准直管，可以提供无穷远目标，是光学仪器调装、检测领域常用的标校设备。将分划板放在平行光管的焦平面上，由平行光管的成像特性可知，分划板上的每一个点发出来的光经过透镜组后，都成为一束平行光。而分划板上的刻度线和交叉点将成像在无穷远处，故对于平行光管的观察者(人眼、摄像机、经纬仪等)来说，这些刻度线和交叉点相当于是一系列的无穷远目标。此外，对于分划板尺寸不同的平行光管，其视场范围也不同，故可用于不同视场范围的摄像机的标定。在本发明中使用了大视场平行光管，它的视场范围在X、Y方向上都达到几十度，所以此标定方法不仅适用于小视场下的摄像机标定，还能很好地应用于大视场范围下的摄像机标定；

利用精密测角仪器测量平行光管分划板上各无穷远目标的角度指向信息。所谓的精密测角仪器包括可转动的精密测角仪、经纬仪等。本发明使用了高精度经纬仪；