[发明专利]一种基于平面镜的像机安装位置标定方法

摘要

本发明公开了一种基于平面镜的像机安装位置标定方法，属于光学系统的摄影测量学技术领域。本发明包括以下步骤：将一维靶标在像机前摆放多次，根据交比不变性计算一维靶标在像机坐标系中的位姿初值，并通过最小化重投影误差得到靶标位姿的最优解；采用闭式解方法计算镜面法向量和像机光心到镜面距离；然后通过反射重投影误差最小得到平面镜位姿的最优解；当镜面位姿确定后，结合像机坐标系与平台虚像坐标系的转换关系，求得像机坐标系与平台实像坐标系间的转换关系，完成像机安装参数的标定。本发明不需要提前知道靶标运动和像机姿态信息，最少两次摆放位置即可求得镜面姿态，实现简单方便，尤其适用于像机和镜面处于固定位置的场合。

主权项

1.一种基于平面镜的像机安装位置标定方法，其特征在于，保持像机和平面镜的相对位置关系不变，然后执行以下步骤：步骤1，将一维靶标在像机和平面镜间摆放多次，每次摆放位置均不同；靶标的实像和虚像均在像机视场中，像机拍摄各次位置时一维靶标上的特征点实像及其在镜面中的特征点虚像；获得靶标实像和靶标虚像的位姿；设第i次摆放靶标第j个特征点在像机坐标系{C}中的空间坐标为P_i,j，对应的图像坐标为p_i,j；设第i次摆放靶标第j个特征点的虚像在{C}中的空间坐标为对应的图像坐标为其中，i＝1,…,M,j＝1,…,N，M为一维靶标的摆放次数，M为大于等于2的正整数，N为一维靶标所拥有的特征点数量；步骤2，确定镜面法向量n和像机光心至镜面距离l；镜面反射矩阵其中，S＝S^‑1,H＝I–2nn^T，H为Householder矩阵，表示行列式为‑1的反射旋转，I表示单位矩阵；矩阵H通过正交强迫一致性问题进行求解，然后求得镜面法向量n；距离l根据下式求取：步骤3，通过求取下面重投影误差函数f(Ω)的最小值，得到镜面法向量和像机光心至镜面距离的最优值，完成平面镜的标定；其中，函数自变量Ω＝(n,l)，表示重投影特征点的图像坐标，d(·)表示像平面上的两点间距；步骤4，确定像机坐标系与平台坐标系间的转换关系，完成像机安装位置标定；像机通过平面镜观察到安装平台在镜面中的虚像，从而求得像机坐标系{C}与平台虚像坐标系{B’}间的转换关系R_B′C,t_B′C；然后将步骤3得到的结果代入下式，求得像机坐标系{C}与平台实像坐标系{B}间的转换关系R_BC,t_BC；