[发明专利]一种基于虚拟靶标的远心相机标定方法

说明书

本发明属于光学测量技术领域，具体地说，是一种基于虚拟靶标的远心相机标定方法，具体步骤为：建立远心相机成像模型；远心相机放置于LCD显示屏正前方，并使得远心相机成像平面与LCD显示屏表面平行；生成虚拟靶标并将虚拟靶标正交投影于LCD显示屏，相机拍摄虚拟靶标在屏幕上的正交投影图像；计算虚拟靶标平面映射到相机成像平面单应性矩阵H，从单应性矩阵H获得远心相机成像模型内参数；计算LCD平面映射到相机成像平面单应性矩阵H_c，从单应性矩阵H_c获得远心相机成像模型外参数。该方法使用虚拟靶标代替传统方法中使用的物理靶标，相比传统方法能取得更准确的标定结果，并且消除了手动多次移动物理平面靶标的需要。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体地说，是一种基于虚拟靶标的远心相机标定方法。

背景技术

远心相机标定的过程就是对远心相机的内、外参数进行估计的过程，精确标定相机内、外参数可以直接提高测量精度。由于远心镜头具有放大率恒定、镜头畸变小以及消除了透视误差等诸多优点，装配远心镜头的相机(即远心相机)相对于装配常规镜头的相机(即针孔相机)有着不可比拟的优势。

目前常用的基于物理靶标传统远心相机标定方法参考文献为：Zhong C，Liao H，Zhang X.Telecentric stereo micro-vision system：Calibration method andexperiments[J].OpticsLasers in Engineering，2014，57(jun.)：82-92。该方法通过拍摄多张不同位姿的物理靶标照片来进行标定，该方法的缺陷在于标定时需要手动多次移动靶标，操作耗时，且移动中的抖动也会对标定精度产生不利影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明披露了一种基于虚拟靶标的远心相机标定方法，使用虚拟靶标而非物理靶标进行标定，其目的在于避免标定过程中手动移动物理靶标的需要，实现自动化且高精度地远心相机标定。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于虚拟靶标的远心相机标定方法，具体包括以下步骤：

步骤一：建立远心相机成像模型；

步骤二：远心相机放置于LCD显示屏正前方，并使得远心相机成像平面与LCD显示屏表面平行；

步骤三：生成虚拟靶标并将虚拟靶标正交投影于LCD显示屏，远心相机拍摄虚拟靶标在屏幕上的正交投影图像；

步骤四：计算虚拟靶标平面映射到相机成像平面单应性矩阵H，从单应性矩阵H获得远心相机成像模型内参数；

步骤五：计算LCD显示屏平面映射到相机成像平面单应性矩阵H_c，从单应性矩阵H_c获得远心相机成像模型外参数。

本发明的进一步改进，上述步骤一中相机成像模型为

其中，矩阵A为内参矩阵，矩阵C为外参矩阵，α，β为远心相机沿成像平面U轴与V轴的放大率，C中左上角2x3矩阵为旋转矩阵R前两行的截断矩阵，C中右上角2x1矩阵为平移矩阵，

为空间上一点在世界坐标系下的坐标，为空间上一点在相机成像平面的像素坐标。

本发明的进一步改进，上述步骤三的具体流程如下：

第一步：生成棋盘格样式的标准靶标，靶标图案包含99个角点，其中横方向有11个角点，纵方向9个角点，相邻角点间距相等；

第二步：随机生成9对旋转矩阵R与旋转矩阵T通过下式来旋转平移标准靶标生成9个虚拟靶标，SP为标准靶标，VP为虚拟靶标：