[发明专利]多传感器视觉测量系统的全局标定方法

说明书

本发明涉及视觉传感器标定技术，特别涉及一种多传感器视觉测量系统的全局标定方法。本发明提供一种适合多传感器视觉测量系统的标定方法，利用共线的多个球形靶标对视觉传感器进行标定，该方法克服了由于拍摄角度问题而在标定过程引入的透视投影畸变误差，使得标定结果更加准确，同时，该方法操作简单，可快速实现对多个传感器的标定。

技术领域

本发明涉及视觉传感器标定技术，特别涉及一种多传感器视觉测量系统的全局标定方法。

背景技术

通常把三维视觉测量系统中的图像信息获取部分称为三维视觉传感器，对于单个视觉传感器而言，其都有一定的视觉测量空间。迄今为止，在机器视觉领域，最常用的也是精度最高的测量方式为双目测量方式。但是，双目视觉测量系统测量区域较小，因此，在工业环境以及相关应用中，通常采用多个视觉传感器(至少三个)组建测量系统的方式，使得视觉测量范围具有更大的空间，从而满足大范围视觉测量的目的，该种方法称为多传感器三维视觉测量系统。

在视觉测量系统中，单个视觉测量系统模块需要进行局部标定，即进行单个传感器模块坐标系下视觉测量模型的建立。而对于多传感器三维视觉测量系统而言，每个视觉测量系统模块相对独立，因此，在三维视觉测量的过程中需要对每个视觉测量系统的测量数据进行统一，即将所有视觉测量系统的测量数据统一到同一坐标系下，该坐标系通常被称为全局世界坐标系。因此，在测量之前需要确定每个传感器之间的转换关系，即对多传感器三维视觉测量系统进行标定。

多传感器三维视觉测量系统常用的方式有一维靶标标定方法，平面靶标标定方法等。一维靶标标定方法利用一一维靶标在视觉传感器面前无约束摆放多次，根据一维靶标点共线的特点以及靶标点间的距离约束，根据消隐点或者较比不变的相关性质，计算出一维靶标特征点在多个摄像机坐标系下的三维坐标，进而根据靶标对应点的三维坐标计算两两摄像机坐标系之间的转换矩阵，最后通过两两摄像机校准的方式完成多摄像机的全局校准工作。

但是，多传感器三维视觉测量系统中，多个传感器通常分布于测量领域的不同位置，传感器之间并不能像标准的双目视觉测量系统一样必然存在公共视场，上述多传感器三位视觉测量系统的标定方法会引入一定的因拍摄角度带来的透视畸变误差，因此，寻找一种适合多个传感器之间的快速高精度标定方法显得格外重要。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适合多传感器视觉测量系统的标定方法，利用共线的多个球形靶标对视觉传感器进行标定，该方法克服了由于拍摄角度问题而在标定过程引入的透视投影畸变误差，使得标定结果更加准确，同时，该方法操作简单，可快速实现对多个传感器的标定。

本发明技术解决方案：一种多传感器视觉测量系统的全局标定方法，该方法包括：建立摄像机坐标系，图像坐标系；将共线的多个靶标球分别置于视觉传感器视场内，并保证在对应的视觉传感器像平面清晰成像；通过提取靶标球在对应视觉传感器像平面的图像，由靶标球的半径约束得到球心在相应摄像机坐标系下的坐标；多次移动靶标，得到多个视觉传感器时间的转换关系，完成系统的标定。

具体实现步骤如下：

步骤一：根据摄像机测量原理建立基于多个视觉传感器的摄像机坐标系以及图像坐标系；

步骤二：首先，在保证成像满足设定像素要求前提下，将靶标球置于摄像机的视场内，摄像机获取靶标球图像；然后，对于靶标球图像，采用C.Steger边缘提取方法提取靶标球在相应摄像机成像的靶标球边缘特征；

步骤三：根据步骤二提取的靶标球边缘特征以及靶标球的半径约束，计算靶标球球心在相应摄像机坐标系下的三维坐标；

步骤四：多次移动靶标球的标定靶标，重复步骤二至步骤三，得到多组共线的靶标特征点在相应摄像机坐标系下的三维坐标；

步骤五：根据摄像机的测量模型以及靶标球球心之间的共线约束，得到摄像机之间的旋转矩阵和平移矩阵；