[发明专利]基于一维靶标旋转运动的四目立体视觉系统全局标定方法

说明书

本发明公开了一种基于一维靶标旋转运动的四目立体视觉系统全局标定方法，首先，分别获取两个双目立体视觉系统视场内一维靶标上标记点的三维坐标，并利用角度传感器测得特定靶标图像拍摄时的角度间隔；其次，根据一维靶标旋转运动形成的圆锥特性，分别对两个双目立体视觉系统采集的标记点进行圆锥拟合，计算圆锥轴线方向和顶点坐标；然后，利用测得的角度间隔，计算两个双目立体视觉系统在垂直圆锥轴线方向的角度偏差；最后，根据两个锥面物理上属于同一个锥面的关系，计算两个双目立体视觉系统坐标系间的旋转平移关系，完成全局标定。该发明无需立体视觉系统间有公共视场，且操作方便，标定速度快，精度高，有较强的实用性。

技术领域

本发明涉及立体视觉技术领域，具体涉及一种基于一维靶标旋转运动的四目立体视觉系统全局标定方法。

背景技术

在利用摄像机进行立体视觉标定时，常常会有视场范围的限制，相机之间不存在或只存在很小的重叠视场，特别是针对高精度、大视场的工业测量，通常需要多个相机组建一个具有更大视场范围的测量系统，如何对非重叠视场的相机进行高精度的全局标定就成为了多相机测量系统的关键。

目前，多采用的全局标定方法有：

(1)借助高精度的经纬仪或激光跟踪仪等三维测量设备，直接获得各相机的空间位置，从而将所有相机坐标系统一到同一坐标系下。此方法能达到较高的精度，但是操作过程十分繁琐，常常在可利用空间较小的工业测量现场有很大的局限性；

(2)利用光学特性，如光的折射，建立相应的折射模型，但需要覆盖标定目标的同一区域；或通过镜面的反射，间接观测公共靶标，但标定精度会随着相机间距离的增加而下降；

(3)重构大平面标定物，获取每个小靶标中的局部特征信息，根据小靶标间的相对位置关系，计算各相机间的变换矩阵，但求解中需要获取靶标的多场景信息，且标定结果不够稳定；

(4)通过跟踪移动的目标，计算目标退出相机视场和进入另一个相机视场的时间差，从而得到两相机间的位置关系，但标定时需要更多的场景信息，这在工业测量中往往难以获取，并且精度仍需要提高。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供基于一维靶标旋转运动的四目立体视觉系统全局标定方法，旨在解决现有全局标定技术存在的操作繁琐、测量视场局限性大等问题。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种基于一维靶标旋转运动的四目立体视觉系统全局标定方法，所述方法包括以下步骤，

(1)、分别获取两个双目立体视觉系统视场内一维靶标上标记点的三维坐标，并利用角度传感器获得特定靶标图像拍摄时的角度间隔；

(2)、根据一维靶标旋转运动形成的圆锥特性，分别对两个双目立体视觉系统采集的标记点进行圆锥拟合，计算圆锥轴线方向和圆锥顶点坐标；

(3)、利用测得的角度间隔，计算两个双目立体视觉系统在垂直圆锥轴线方向的角度偏差；

(4)、根据两个锥面物理上属于同一个锥面的关系，把第二个双目立体视觉系统采集的标记点三维坐标通过旋转平移变换，转换到第一个双目立体视觉系统坐标系下。

优选的，所述步骤(2)中根据一维靶标旋转运动形成的圆锥特性，双目立体视觉系统采集的各相位标记点均在锥面上，分别对两个双目立体视觉系统采集的标记点进行圆锥拟合，计算圆锥轴线方向和圆锥顶点坐标，具体包括以下步骤：

(2.1)、在第一个双目立体视觉系统内选取9个均匀分布的标记点，粗拟合圆锥求解锥面方程的9个参数，求得圆锥轴线和圆锥顶点O_c1的初始解；

(2.2)、通过Levenberg-Marquardt优化算法，将该系统内所有标记点带入目标函数，使得点到拟合锥面的距离之和最小，得到优化后的圆锥轴线和圆锥顶点O₁；