[发明专利]带有反射球的标准球杆及其对相机外部参数的标定方法

说明书

技术领域

本发明属于相机外部参数标定技术领域，具体涉及一种带有反射球的标准球杆及其对相机外部参数的标定方法。

背景技术

近年来，视觉测量技术以其非接触性、高精度、自动化程度高、动态范围大和成本相对低廉等优点，在现代先进制造业及检测领域发挥了越来越重要的作用，相机标定技术作为视觉测量的基础也成为了研究的重点。而现有的标定方法大都强调完全的相机标定，即同时标定相机内部和外部参数。然而,在许多应用中，如机器人视觉、车辆导航以及视觉安全系统等，相机内部参数只需标定一次但相机外部参数不得不频繁地标定。对这些应用，可以假设相机内部参数已经被很好地标定，剩下的任务是如何有效地标定相机外部参数，采用一种快速有效的相机外部参数标定方法是非常必要的。

与该标定方法相匹配的标定工具也就成为了一项核心技术，标定工具的结构形式、特征点的制作工艺都需要进一步改进，以提高标定效率和精度。以往的平板式或已知三维坐标的单点式标定工具都需要昂贵的标定仪器和精心的试验设计才能实现标定。易于提取的圆点是相机标定中常用的特征标志点，但目前标志点往往采用平面靶标的方式，该靶标在相机光轴与靶标平面法向夹角过大时产生投影变形，影响特征提取的位置精度。这些矛盾都使得一种新的标定工具的结构设计成为必须。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有反射球的标准球杆及其对相机外部参数的标定方法，可以实现对相机外部参数的标定，提高相机外部参数标定的效率和精度。

本发明的技术方案如下：一种带有反射球的标准球杆，该标准球杆包括细长圆柱体结构的碳纤维管以及碳纤维管中间安装的把手，两个由高效反光材料制成的回归反射球通过两个球座固定在碳纤维管的两端。

所述的把手为六面体结构的铟钢把手。

所述的回归反射球由玻璃微珠构成，形成角隅棱镜，可对入射光直接反射。

所述的球座由铟钢材料制成。

一种利用带有反射球的标准球杆对相机外部参数的标定方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤1、建立两相机的内参模型，实现相机镜头畸变、像素中心、象元尺寸的校正；

步骤2、将环状同轴光源安装到相机镜头前端，与镜头的光轴同轴，使得回归反射球反射的光直接进入相机；

步骤3、两个相机在两个以上不同的方位拍摄标准球杆，两相机之间的相对位置不变，标准球杆都可以自由移动，而不需要知道运动参数；

步骤4、将相机的曝光时间缩短至5ms以下，使整个拍摄背景为黑色，只有回归反射球成亮白色的像，以简化标定图片，提高图像提取的精度。

本发明的显著效果在于：本发明所述的一种带有反射球的标准球杆，采用简单方便的一维球杆结构，回归反射球使用高效反光材料，配合同轴光源产生被动放光效果，该标准球杆可以实现相机外部参数的单独标定，简化标定流程，且回归反射球的使用使得标定图片背景单一，避免了背景对特征提取和匹配过程的干扰，提高了标定测量效率和精度。

附图说明

图1为本发明所示的一种带有反射球的标准球杆结构示意图；

图中：1、球座；2、碳纤维管；3、把手；4、回归反射球。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种带有反射球的标准球杆，包括细长圆柱体结构的碳纤维管2以及碳纤维管2中间安装的六面体结构的铟钢把手3，两个由高效反光材料制成的回归反射球4通过铟钢材质的球座1固定在碳纤维管2的两端，其中，回归反射球4可以由玻璃微珠构成，形成角隅棱镜，可对入射光直接反射，碳纤维管2的线膨胀系数极小，且刚度高，可以保证标准球杆的稳定性，同时，其密度小，使得标准球杆质量轻，方便标定过程中球杆位姿的变换。

一种利用带有反射球的标准球杆对相机外部参数的标定方法，具体包括如下步骤：

步骤1、建立两相机的内参模型，实现相机镜头畸变、像素中心、象元尺寸的校正；

步骤2、将环状同轴光源安装到相机镜头前端，与镜头的光轴同轴，使得回归反射球反射的光直接进入相机；

步骤3、两个相机在两个以上不同的方位拍摄标准球杆，两相机之间的相对位置不变，标准球杆都可以自由移动，而不需要知道运动参数；

步骤4、将相机的曝光时间缩短至5ms以下，使整个拍摄背景为黑色，只有回归反射球成亮白色的像，以简化标定图片，提高图像提取的精度。

在标定过程中，相机内部参数始终不变，即不论相机从任何角度拍摄标准球杆，相机内部参数都为常数，只有外部参数发生变化；在整个标定过程中，不需要特征点的任何绝对信息，而且对特征点的位置没有任何限制，流程的简化和标定图片的简化，使得最终可以获得较高精度的解。