[发明专利]工业相机标定方法

说明书

本发明公开了一种三角形基元立体球靶标及工业相机标定方法。本发明一种三角形基元立体球靶标，包括：所述立体球靶标刻有高精度三角形网格线，网格线包括多个已知距离的水平横向圆，向左偏45°圆和向右偏45°圆。本发明的有益效果：本发明提出的三角形基元立体球靶标是带有高精度三角形网格线的立体球靶标，表面的曲线交点构成三角形基元，曲线交点可求，精度较高。根据相机标定知识，不同位置，不同角度的相机都可拍摄到清晰的三角形基元及其交点。

技术领域

本发明涉及工业相机标定领域，具体涉及一种三角形基元立体球靶标及工业相机标定方法。

背景技术

相机标定是从物体的二维平面图像中获取三维信息的关键步骤，工业相机标定是射影测量和机器视觉的经典问题。相机标定方法根据标定方式的不同可分为传统相机标定方法，基于主动视觉标定方法和自标定方法。传统相机标定方法中根据标定物的不同又可分为基于0D靶标、1D靶标、2D靶标以及3D靶标的标定。基于0D靶标的相机标定属于相机自标定范畴，不需要任何标定物。基于1D靶标的相机标定方法在一定情况下只能标定一台相机，限制了1D目标在基于机器视觉测量系统中的应用。基于2D靶标的相机标定方法，应用最广泛的是棋盘格作为靶标的标定方法，目标制作简单，移动灵活，标定精度高。但使用2D靶标进行相机标定时，必须采集两幅或者两幅以上的图像。

此外，一些研究人员还利用2D目标中的不同特征来得到不同的标定方法。相比而言，基于3D靶标的相机标定，可采集一幅图像进行标定，标定精度高，但制作高精度的三维标定物难度较高，不易实现。对于不同视点下多相机的标定可使用球靶标进行，但使用单纯的球进行标定精度很难满足测量需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三角形基元立体球靶标及工业相机标定方法，该标定物以球作为基底，在球的表面覆盖三角形网格。利用该标定物对工业相机进行标定既可以解决二维平面标定物不能同时对不同位置的相机进行同步标定的问题，又可以解决三维球标定精度不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三角形基元立体球靶标，包括：所述立体球靶标刻有高精度三角形网格线，网格线包括多个已知距离的水平横向圆，向左偏45°圆和向右偏45°圆。

在其中一个实施例中，所述立体球靶标采用机械加工或者3D打印制作。

在其中一个实施例中，所述立体球靶标的材料包括以下塑料、泡沫、金属、陶瓷或玻璃的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述立体球靶标表面覆盖的曲线用机械加工方式中的激光刻在球体上或者用印刷的方式印在球体上。

一种单目工业相机标定方法，包括：

Step 1：提取任一项所述的三角形基元立体球靶标的椭圆曲线图像；随机选择一点O，并检测该点邻域的六个点A、B、C、D、E、F，依次连接，得到六条线段，以A点为例，OA线段为初始的六条线段之一，先计算其它五条线段与OA的延长线所成的夹角，共分三类：[35°55°]，[125°145°]，[170°190°]，线段的两个端点O、A与另一条线段的端点A、H进行比较，两个邻近的点之间的距离小于4像素，同时两条线段延长线所成夹角角度在[170°190°]之间，这两个线段被分成同一类曲线。曲线集共分成三组，依次搜索图像上的所有点，直到所有的线段都被划分成不同的曲线集，通过椭圆拟合，得到所有曲线集对应的椭圆曲线方程。

Step2：根据3D射影几何及虚圆点的相似性变换定理，无穷远直线L_∞上有一对互为共轭复数的理想点在相似变换下是固定不动的，这两个点的归一化坐标设为I＝(1，i，0)^T,J＝(1，-i，0)^T,是一个圆与L_∞的两个交点，称为虚圆点。平行或者同一平面中的圆与绝对二次曲线的图像ω相交于同两个虚圆点。

根据摄像机标定知识，绝对二次曲线的图像ω与内参矩阵的关系如下：