[发明专利]基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法

权利要求书

1.一种基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)组建多相机测量系统：安装N个相机，分布在标定目标的四周，使N个相机的视野同时覆盖标定目标的同一区域；

2)基于折射投影模型和光束追踪法的多相机全局标定：利用光束追踪法建立折射投影模型，利用光束法平差的方法和折射投影模型优化多相机系统的外部参数和玻璃折射率；

3)多个相机分别从不同方向捕捉标定目标的图像；

4)利用特征点提取算法来提取图像中的特征点，获得匹配点对，将获得的匹配点对结合相机的内外参数，基于三角测量原理来恢复空间点的坐标，从而每个双目子系统获得测量部分三维点的测量数据；

5)将每个子系统所获得的三维点转换到同一坐标系下，从而得到全局测量的数据；

6)利用已获得的三维点数据，计算间接量；

所述步骤2)基于折射投影模型和光束追踪法的多相机全局标定，步骤为：

A1)在视野同时覆盖区域内放置标定目标，多相机系统中各台相机同时从不同角度采集标定板图像；

A2)利用光束追踪法建立折射投影模型；

A3)利用传统标定法获取每台相机的内部参数；

A4)获取相机外部参数的初始估计；

A5)利用光束法平差和折射投影模型优化多相机系统的外部参数和玻璃折射率；

所述步骤A2)利用光束追踪法建立折射投影模型，光束追踪法的具体步骤为：

A21)从已知的相机位置到三维点P的连线方向作为初始的入射光线的方向r₁^k，并求出入射光线与透明玻璃标定板的上表面的交点作为初始的入射点，其中透明玻璃标定板的上表面为折射面；

A22)已知空气和透明玻璃标定板的折射率，利用公式(1)计算出折射光线的方向

其中，空气和玻璃的折射率分别是n₁和n₂(n₂＞n₁)，假设空气的折射率为1，则玻璃的相对折射率为玻璃的厚度为d，和分别表示入射光线的方向和折射表面的法向量；

A23)假设有一光线-与折射光线平行且方向相反，从三维点P投射到透明玻璃标定板的上表面；

A24)计算得光线-与透明玻璃标定板的上表面的交点

A25)若和之间的距离大于阈值，则将和之间连线的中点定义为作为入射点，回到步骤A22)，循环此过程，否则结束过程，此时的入射光线的方向r₁^k和入射点为最优解。

2.根据权利要求1所述的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法，其特征在于，所述步骤1)使N个相机的视野同时覆盖标定目标的同一区域，具体包括：在视野同时覆盖区域内放置标定目标，标定目标是一面用棋盘图案印刷的透明玻璃标定板，可以从标定板的两侧清晰地采集到完整棋盘图案的图像，多相机系统中的相机分成两组，I组位于透明玻璃标定板印刷棋盘图案的一侧即标定板正面，可以直接采集到棋盘图案；II组位于透明玻璃标定板印刷棋盘图案的另一侧即标定板背面，可以通过透明玻璃采集到棋盘图案。