[发明专利]基于一维靶标的双目视觉传感器校准方法

摘要

本发明属于测量技术领域，涉及对立体视觉三维测量中双目视觉传感器校准方法的改进。本发明提出一种基于未知运动一维靶标的双目视觉传感器校准方法。当传感器安装完成后，由两个摄像机拍摄自由移动的一维靶标多幅图像，利用靶标上特征点的图像坐标和两个特征点之间的距离约束，采用非线性优化技术估计双目视觉传感器的结构参数。本方法不需要高成本的辅助调整设备，校准精度高，过程简单，效率高，能够满足大尺寸测量双目视觉传感器结构参数现场校准的需要。

主权项

1、一种双目视觉传感器参数的校准方法，其特征在于，校准分为摄像机校准阶段和传感器结构参数校准阶段，摄像机校准可以离线进行，也可以在线现场进行，传感器结构参数在线现场进行，具体步骤如下：1.1、摄像机校准阶段：1.1.1、固定好由左摄像机和右摄像机组成的双目视觉传感器，打开摄像机电源。设定靶标[1]，靶标上有预先设置的特征点，靶标为一个二维平面，在靶标平面上布置黑白相间的棋盘格，黑白方块的边长为3～50mm，其边长精度为0.001～0.01mm，黑方块与白方块公有的顶点称为格点。选取靶面上格点作为特征点，特征点的数量为16～400个；1.1.2、首先在摄像机的视场范围内，自由、非平行地移动靶标[1]至少3个位置，每移动一个位置，拍摄一幅图像，称为摄像机校准图像，靶标[1]的特征点应包含在拍摄图像内。然后提取所有摄像机校准图像的特征点的图像坐标，并与特征点的世界坐标对应。最后利用提取的所有特征点的图像坐标及对应的世界坐标来校准摄像机内部参数，包括摄像机有效焦距、主点以及畸变系数；1.1.3、采用步骤1.1.2叙述的方法，分别校准左摄像机和右摄像机的内部参数，包括有效焦距、主点以及畸变系数；1.2、传感器结构参数校准阶段：1.2.1、设定靶标[2]，它为一个一维基线尺，在基线尺上设置成一行排列的圆孔，圆孔的数量为2～100个，圆孔的直径为3～20mm，其直径精度为0.001～0.02mm。基线尺上两端的圆孔中心之间距离为100～1500mm，其距离精度为0.001～0.02mm，其余圆孔均匀布置在两端圆孔之间，其圆心距离精度无特殊要求。选取圆孔的中心为特征点；1.2.2、在两个摄像机的公共视场内，自由、非平行地移动靶标[2]至少6个位置，每移动一个位置，左摄像机、右摄像机分别拍摄一幅图像，靶标[2]的特征点应包含在拍摄图像内，左摄像机拍摄图像称为传感器校准左图像，右摄像机拍摄图像称为传感器校准右图像；1.2.3、提取所有传感器校准左图像特征点的图像坐标，称为传感器校准特征点的左图像坐标，提取所有传感器校准右图像特征点的图像坐标，称为传感器校准特征点的右图像坐标；1.2.4、根据左摄像机的模型和内部参数，由左图像坐标计算传感器校准特征点的左投影坐标，根据右摄像机的模型和内部参数，由右图像坐标计算传感器校准特征点的右投影坐标；1.2.5、利用对应的传感器校准特征点的左投影坐标和右投影坐标，计算双目视觉传感器的本质矩阵E；1.2.6、求解双目视觉传感器结构参数的初始值。采用线性分解方法，将本质矩阵E分解为旋转矩阵R和带有比例因子的平移矢量t′，通过靶标[2]上两端圆孔中心之间的距离约束，计算得到平移矢量t；1.2.7、利用对应的传感器校准特征点的左投影坐标、右投影坐标和双目视觉传感器结构参数的初始值，采用非线性优化方法求解双目视觉传感器结构参数的最优值；1.2.8、将校准的左、右摄像机内部参数、双目视觉传感器结构参数的最优值保存到系统参数文件中，以备测量调用。