[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

说明书

本发明请求保护一种基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法，用于视觉检测与图像测量领域。本发明的过程包括：1.组建多相机系统；2.基于折射投影模型和光束追踪法的多相机全局标定；3.多个相机分别从不同方向捕捉图像；4.特征提取与匹配，获得测量的三维点；5.将每个子系统所获得的三维点转换到同一坐标系下，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(如应变、位移等)。本发明的关键在于多相机系统的标定，其结果将会对后续的三维点获取产生影响。本发明在测量过程中的特点是可以同时对系统中多台相机进行标定，克服了平面标定板限制多台相机分布的问题，测量过程灵活。

技术领域

本发明属于视觉检测与图像测量领域，具体涉及到一种用于全局测量的多相机测量系统。

背景技术

视觉测量近年来一直是计算机视觉领域中的研究热点，广泛应用于军事、工业、民用各个领域，具有很高的理论研究以及实际应用价值。单相机系统只能得到二维信息，限制了多平面目标的测量，双目相机系统结构简单、成本低并具有较高的精度，但是只能以固定的角度对目标物体采集，获取目标物体的三维信息，并且对于目标物体存在尺寸不一、外形复杂而导致自身遮挡等问题，无法精确测量。多相机系统不仅可以得到目标物的多平面信息，还可以得到其深度信息，使测量结果更加准确。多相机测量系统是视觉测量的重要手段。

多相机测量主要任务就是寻找三维空间中的目标物体的三维信息与通过相机所获得的图像上所对应的二维信息之间的关系。多相机测量系统标定就是来确定相机在成像过程中涉及到许多参数包括相机内部参数、外部参数以及畸变系数等的，是测量过程中一项重要且是难点的任务，其结果将会对后续三维点的获取产生极大影响，进而影响整个测量结果的精度。一般来说，多相机测量系统的整体性能很大程度上取决于相机标定的准确性。

多相机系统的标定方法分为两类：基于标定物的标定和相机自标定。相机自标定方法不采用标定物，只通过图像之间的对应约束关系，完成相机的标定。此方法标定步骤简单，自动化程度高，但是目前还不成熟，主要问题是相机自标定的精度较低。基于标定物的标定一般采用已知几何信息的标定物进行标定，早期的相机标定方法采用比较精确的三维标定物体，此类方法标定结果精确度高，但是三维标定物的制作过程比较困难。随后有人提出基于二维平面标定板的经典标定方法，该方法标定结果精确度高且标定物制作过程较简单，但是随着越来越多的多相机系统的应用，平面标定板不能满足从不同方位的相机同时可见。邻近相机之间间距较大时，则不能同时可视一块平面标定板，不能标定出相对于同一个标定板的外部参数，需要通过相邻相机之间的位置转换关系获得在统一世界坐标系下的外部参数，造成运算累积误差。

综上，多相机测量系统不仅克服了双目立体视觉的缺点，而且测量结果具有精度高，效果好并且能够实时测量等优点。相机标定是三维测量技术中一个重要的研究内容，其标定结果将会对后面步骤所用到的参数造成很大的影响。目前，对于多相机系统的标定，主要存在着操作过程繁琐，标定结果不精确，对标定物的制造工艺要求高等问题。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种保证测量结果的准确性、简化标定步骤、提高效率、全局测量能够同时从不同角度对目标物体进行表面测量的基于折射投影模型和光束追踪法的多相机测量方法。本发明的技术方案如下：

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；