[发明专利]一种激光摄影测量系统及相机标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光摄影测量系统及相机标定方法，属于测量装置标定方法技术领域。

背景技术

随着计算机技术的发展，摄影测量与三维重构技术在机器人视觉、工业制造、工程建筑、文物保护和医学图像分析等领域得到广泛应用。相比于利用三坐标测量仪等接触式测量仪器对实物外表面进行测量，激光扫描等非接触式测量利用非接触的光电方法对曲面的三维形貌进行快速测量，具有非接触、速度快、精度高、应用广泛等优点，在工业工程等领域有着一定的应用前景。在测量过程中，基于视觉传感器(如摄像机)获取的图像，建立二维像点与三维物点的对应关系，利用图像中的二维数据反算出对应的三维物体的形貌和相关位置等信息。

要想获得高精度的测量结果，首先需要设计的测量系统具有较高的精度；其次建立二维像点与三维物点的对应关系，也即摄像机标定技术，又包括摄像机建模与摄像机标定方法。相机标定主要是标定相机固有的内部几何参数和相机相对物方坐标之间的位置关系等外部参数，其标定结果的好坏直接决定测量得到的三维坐标点的精确程度，尤其是对度量领域，因此需要研究相机的标定方法和研制相应的装置。

目前相机标定技术根据解算相机内部几何参数和外部位置关系参数时所使用的方法，将其分为线性方法、非线性方法和自标定方法。线性方法如直接线性变换方法(DLT变换)，根据环境点与相机图像对应点的关系，通过线性方法求得线性模型参数，进而建立线性模型来描述相机的成像过程，该方法估计相机参数过程效率较高，但是没有考虑成像过程中的非线性畸变问题，因此精度较低。非线性方法对提高摄像机标定精度提供了一条很好的途径，非常适合于多参数的非线性畸变模型的标定，在能提供较好初值的情况下，能更好地模拟和补偿各种像差，可以较快地收敛，得到高精度优化结果，但是它对标定时摄像机模型参数的初始值要求较高，计算量大，计算速度慢。自标定方法在场景未知和相机运动参数未知的情况下也可以标定相机的内外参数，在标定过程中仅依靠多幅图像对应点之间的关系进行，其灵活性高、应用广泛，但是标定的过程主要是基于绝对二次曲线和绝对二次曲面方法，此外还需要求解多元非线性方程，因此只适用于一些对精度要求不高的场合。

造成目前所采用的标定方法存在上述问题的原因主要是其对应的测量系统较为复杂。不同的测量系统需要采用不同的标定方法来标定，因此为了将标定方法简单化，尽可能避免复杂标定方法造成的标定误差，首先需要使设计的测量系统简单，然后在针对设计的测量系统设计标定方法。

此外，针对大型的被测物，实际测量时往往是利用多台相机同时测量，而多台相机之间没有相对位置关系，因此需要单独对每台相机进行标定，这样就增加了标定工作量，同时还会增加标定误差，造成测量精度降低。所以在设计测量系统及标定方法时还应考虑同时标定两台及以上的相机。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种激光摄影测量系统。

本发明还提供上述一种激光摄影测量系统中相机的标定方法。

本发明的技术方案如下：

一种激光摄影测量系统，包括测量装置，所述测量装置包括底座、支架及计算机；所述支架设置在底座上，在支架上设置有相机、激光测距仪和线激光发射器，激光测距仪与线激光发射器位于同一垂线上，在激光测距仪的两侧对称设置两台所述的相机，所述计算机分别与相机、激光测距仪、线激光发射器电连接。

优选的，所述支架的底部设置有水平分度盘。此设计的好处在于，当旋转支架时，通过水平分度盘能够清楚直观地观察到支架旋转的角度。

优选的，所述激光摄影测量系统还包括标定装置，所述标定装置包括物方标识点和三个物方板，三个物方板的外形均为正方形，三个物方板前后依次同轴平行设置且三个物方板的边长依次增大，在每个物方板上设置八个所述的物方标识点，八个物方标识点按如下方式分布：在每条边的中点设置一个物方标识点，在相邻两条边的交点设置一个物方标识点。

优选的，所述三个物方板的尺寸分别为：100mm×100mm×10mm，200mm×200mm×10mm，300mm×300mm×10mm。

优选的，所述物方标识点采用直径5mm的圆形薄片。

优选的，所述标定装置还包括导轨，三个物方板通过滑动支架设置在导轨上。此设计的好处在于，将三个物方板通过底部的滑动支架安装在导轨上，方便调节三个物方板之间的间距。

一种激光摄影测量系统的相机标定方法，包括以下步骤，