[发明专利]主动双目视觉系统全局标定方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种现场多传感器三维视觉测量系统的全局标定方法，特别是主动双目视觉系统全局标定方法。

背景技术

随着计算机技术的发展和计算能力的提高，计算机视觉已经成为工程领域和科学领域中最热门的研究学科之一。主动双目视觉系统作为计算机视觉的一个重要分支，是一种能够对真实三维场景进行动态三维测量和重构的仿生系统。该系统主要由两台工业摄像机和一个能够进行俯仰、偏航运动的云台组成。其中摄像机之间的基线距离可以调整，系统的运动参数可以实时的获取(偏航角度、俯仰角度)。相对于被动双目视觉系统，主动双目视觉系统可以根据场景的需求改变视角和传感器系统的参数，获取特定区域、具有一定精度要求的三维信息，实现主动立体视觉任务。因此，主动双目视觉在灵活性方面具有显著的优越性。

一般而言，主动双目视觉系统的三维测量是以左摄像机坐标系为基准，即系统测量的空间点的三维坐标都统一到左摄像机坐标系下。然而，由于主动双目视觉系统在进行俯仰或偏航运动的过程中导致左摄像机坐标系与世界坐标系之间的空间位置关系时刻都会发生改变。为了能够使主动双目视觉系统测量的三维数据统一在世界坐标系下，必须对整个系统进行标定，即确定动态左摄像机坐标系与世界坐标系的相对位置关系转换式，这一工作称为主动双目视觉系统的全局标定。

主动双目视觉系统的全局标定归属于多传感器三维视觉测量系统全局标定问题。传统的全局标定方法是采用标准件作为标定工具，标定后的系统正式测量的数据均是相对标准件的偏差数据。这种标准件极易在搬动的过程中受到损坏，导致标定精度降低。而且，这种标定方法并未使系统成为一个独立的空间坐标测量系统。目前应用较多的是“电子经纬仪对法”。该方法利用两台或两台以上经纬仪组成空间坐标测量系统，来提供高精度的标定点。然而，电子经纬仪的建站比较复杂，测量的速度比较慢，只能进行静态测量。此外，电子经纬仪法的测量精度依赖于测量人员的技术水平，这无疑增加了全局标定的难度。

发明内容

本发明的技术解决问题：为了解决现有标定方法中速度慢、稳定性差等缺点，本发明提供一种主动双目视觉系统全局标定方法，用于在测量现场工作范围狭小、全局标定速度和精度要求较高时采用。该方法不仅速度快、精度较高，而且可以获得较好的稳定性，可进一步提高主动双目视觉系统的测量精度。

本发明的技术解决方案是：主动双目视觉全局标定方法，其特征在于按照以下步骤进行标定：

(1)在测量现场将主动双目视觉系统固定在工作位置，确定系统的左右摄像机之间的基线距离，同时调整各个摄像机的光圈和焦距并加以固定；

(2)开启主动双目视觉系统的电源，执行系统复位使其处于初始姿态，然后由系统的双目摄像机同时采集不同姿态的二维平面靶标图像多幅，并存储到计算机中；

(3)采用相关的基于二维平面靶标的标定方法，对主动双目视觉系统进行摄像机标定和立体标定，根据标定结果对主动双目视觉系统进行立体校正；

(4)在测量现场，将激光跟踪仪放置在合适的位置，并使用激光跟踪仪确定世界坐标系；

(5)将激光跟踪仪的靶标球固定在长方形标定板的表面，而后将标定板放置在主动双目视觉系统的视场范围内的适当位置，保证系统的各个摄像机和激光跟踪仪都能够“看到”靶标球的镜面中心；

(6)激光跟踪仪记录当前靶标球的镜面中心点在世界坐标系下的三维坐标，同时主动双目视觉系统的摄像机采集靶标球图像，并计算镜面中心点在左摄像机坐标系下的三维坐标，存储到计算机中；

(7)重复(5)、(6)的工作，直到获得三组或三组以上的不同位置处的镜面中心点；

(8)利用获得的镜面中心点对当前姿态下左摄像机坐标系与世界坐标系进行标定，并将标定结果存储至计算机中；

(9)控制主动双目视觉系统从初态运动至某姿态，记录当前运动参数，而后重复(5)、(6)、(7)、(8)的工作，获得第二组标定结果，并存储至计算机；

(10)再控制主动双目视觉系统运动至另一姿态，记录当前运动参数，后重复(5)、(6)、(7)、(8)的工作，获得第三组标定结果，并存储至计算机；

(11)利用获得的三组标定结果建立两组全局标定约束方程，通过求解约束方程确定动态左摄像机坐标系至世界坐标系的函数表达式中的未知参数，完成全局标定；

(12)将全局标定结果存储至计算机，以备后续主动双目视觉系统使用。