[发明专利]基于摄影测量的高精度屏幕-相机位姿标定方法

说明书

本发明公开了一种基于摄影测量的高精度屏幕‑相机位姿标定方法，首先利用双目测量系统确定屏幕上贴点在屏幕坐标系下的坐标；再确定标定板上图案在相机坐标系下的三维坐标；其次利用摄影测量系统获取屏幕上贴标记点的圆心及标定板上图案的圆心在摄影测量系统坐标系Oxyz_phg下的三维坐标；求出屏幕坐标系到摄影测量坐标系的转换矩阵^phg[RT]_LCD、摄影测量坐标系到标定板坐标系的转换矩阵^cal[RT]_phg、标定板坐标系到相机坐标系的转换矩阵^cam[RT]_cal；最后计算屏幕坐标系到相机坐标系的转换矩阵。本方法克服了传统标定方法中存在的未考虑到平面镜的平整度、采集到的标定图像变形严重的问题，实现了高精度屏幕‑相机位姿标定。

技术领域

本发明涉及标定领域，具体涉及一种基于摄影测量的高精度屏幕-相机位姿标定方法。

背景技术

相位测量偏折术(条纹偏折测量系统)主要应用于镜面/类镜面物体表面缺陷检测，因其高精度、非接触、低成本的特点得到广泛的研究与应用，条纹偏折测量系统包括屏幕和相机，屏幕-相机位姿的高精度标定会影响最终系统的精度。目前，针对屏幕-相机位姿的标定主要分为平面镜法和辅助相机法，平面镜法利用平面镜获得屏幕的位姿，根据是否需要标定板分为两种，需要标定板的标定方法需要在标定时调整标定板，使标定板与平面镜重合，以标定板在相机坐标系下的位姿代替平面镜的位姿；不需要标定板的标定方法或需要在平面镜表面贴标记点，或需要在标定过程中挪动平面镜位姿，这两种方法均未考虑到平面镜的平面精度，特别是对于大视场的标定，平面镜的精度难以保证，给标定引入误差，且标定操作不便，难以实现自动化；另一种辅助相机法则需要引入额外的一台辅助相机和一块标定板，将标定板置于系统相机工作范围内，利用待测相机拍摄标定板图案，同时，利用辅助相机同时拍摄显示器显示的标定图案和标定板图案，经辅助相机和标定板的坐标系转换，实现屏幕和待测相机的位姿关系标定，这种方法原理简单、理论精度高，但在实际操作的过程中，由于待测屏幕和相机的位置关系已经固定，且待测相机无法拍摄待测屏幕，按照上述要求布置标定板和辅助相机时，辅助相机光轴与标定板法向量和显示器法向量之间夹角均过大，导致采集到的标定图案均不理想，标志点提取误差较大，难以保证转站精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于摄影测量的高精度屏幕-相机位姿标定方法，适用于对相位测量偏折术(PMD)测量系统的工业现场标定，该标定方法克服了传统屏幕-相机标定方法存在的缺陷，标定精度高，提高了整个测量系统的测量精度。

技术方案如下：

一种基于摄影测量的高精度屏幕-相机位姿标定方法，屏幕与相机的相对位置固定，定义屏幕坐标系Oxyz_LCD、相机坐标系Oxyz_cam，包括如下步骤：

1)所述屏幕显示有多个圆形或环形的标定图案，确定所述标定图案的圆心在屏幕坐标系Oxyz_LCD下的三维坐标；

2)在所述屏幕上贴多个反光标记点，所述反光标记点为圆形或环形，利用双目测量系统拍摄屏幕显示的标定图案及屏幕上贴的反光标记点，分别计算标定图案、反光标记点在双目测量系统坐标系Oxyz_doucam下的坐标；

3)基于屏幕上同一标定图案在屏幕坐标系Oxyz_LCD及双目测量系统坐标系Oxyz_doucam下的坐标，求取双目测量系统坐标系到屏幕坐标系的转换矩阵^LCD[RT]_doucam；继而求取屏幕上贴反光标记点在屏幕坐标系下的坐标；

4)利用相机拍摄标定板，所述标定板上图案为圆环或圆，标定板坐标系记为Oxyz_cal；