[发明专利]一种基于3D靶标的测量相机坐标系计算方法

说明书

本发明公开了一种基于3D靶标的测量相机坐标系计算方法，利用3D合作靶标，采用P3P原理建立相机与被测靶标之间的转换关系，并通过靶标与相机安装基准坐标系的转换解算出相机坐标系与安装基准坐标系之间的关系，该方法结果稳定可靠，测量精度较高，对测量相机的检测具有指导意义。

技术领域

本发明属于测量相机的外参标定技术领域，具体涉及一种基于3D靶标的测量相机坐标系计算方法。

背景技术

空间站机械臂手眼相机为机械臂提供目标图像、位置、姿态等信息，用于引导机械臂进行舱外爬行、货物捕获、搬运等工作，其性能直接决定了机械臂任务能否顺利进行。手眼相机采用hand-in-eye方式，相机安装在机械臂末端，随着机械臂运动，想要知道目标位置、姿态在机械臂坐标系下的表示，需要先知道相机坐标系的位置。

手眼关系的测算称为手眼标定，它是机器人手眼视觉的核心问题，手眼标定精度也是决定手眼视觉系统精度的关键因素。对于针孔成像模型相机，相机坐标系原点为光学系统的投影中心，为一虚拟位置，无法用一般的测量方法引出到安装坐标系。如果采用常用的手眼标定方法，如shiu，tsai等，需要将机械臂的移动作为手眼标定计算过程的真值，在实际操作过程中机械臂运动精度无法保证。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于3D靶标的测量相机坐标系计算方法，可以提高测量相机的检测精度。

一种基于3D靶标的测量相机坐标系计算方法，包括如下步骤：

步骤1、建立三维立体靶标：

靶标中心设为O_w，过靶标中心O_w的平面上设置B_w、C_w两点，且三点位于同一直线，B_w、C_w两点与O_w的距离相等；圆柱垂直O_w、B_w、C_w所在平面，底面圆心与O_w重合，顶面圆心设为A_w，则A_w、B_w、C_w三点形成一个等腰三角形，该等腰三角形的腰A_wB_w和A_wC_w的长度设为b，底边B_wC_w的长度设为a；

步骤2、建立靶标坐标系、摄像机坐标系、摄像机的图像物理坐标系以及图像像素坐标系：

以O_w为中心，O_wX_wY_wZ_w设为靶标坐标系，其中B_wC_w为X_w轴，X_wY_w平面平行于靶标平面，Z_w轴与靶标上的O_wA_w重合；

以摄像机光学系统光心O_c为原点的坐标系O_cX_cY_cZ_c是摄像机坐标系；

以图像中心O为原点的OXY为图像物理坐标系；

以图像左上角O₁为原点的O₁UV是图像像素坐标系，图像中心O在该坐标系下的坐标设为(u₀，v₀)；