[发明专利]基于自发光球摄像机标定靶的快速提取方法

说明书

本发明基于自发光球摄像机标定靶的快速提取方法属于视觉测量领域，涉及一种基于自发光球摄像机空间立体标定靶的快速提取方法。该方法在标定之前，先安装空间立体标定靶，再采用三坐标测量机进行测量，确定自发光球靶标中心的精确三维位置信息，通过双目视觉系统中左、右摄像机对自发光球靶标进行拍摄，提取图片中自发光球靶标中心的特征信息，求得自发光球靶标中心的二维像素坐标。最后，在直接线性变换法基础上，求得左、右摄像机的内外参数，实现摄像机在三维空间的立体标定。该方法因不同行数的自发光球靶亮度不同，通过设置不同的灰度阈值，实现空间信息的快速自动识别和左、右摄像机在标定过程中快速与高精度标定。

技术领域

本发明属于视觉测量领域，涉及一种基于自发光球摄像机空间立体标定靶的快速提取方法，该方法实现了摄像机在标定过程中快速识别与提取。

背景技术

近年来基于机器视觉的测量系统已越来越多地应用于航空工业的加工装配以及质检等多个环节。摄像机标定作为视觉测量前的必要步骤，其目标是建立三维空间点与其匹配图像点的映射关系，摄像机的标定精度决定最后的尺寸测量精度，因此，选择方便、快捷、高精度的标定靶尤为重要。在进行摄像机标定的过程中，为了减少拍摄次数，增加维度信息，通常选择三维立体标定物进行标定。现阶段用于视觉测量的三维标定靶有：立体标定块、标准校准杆、组合式二维标定杆、陶瓷球立体标定靶等。在使用现有的三维标定物进行标定时，具有空间点自动识别困难、当两个相机视角比较大的时候，难以保证两个相机所有特征点的标定图像清晰度相同，标定靶图像通过环境光的反射或折射获得，受环境因素较大，使标定靶图像灰度分布不均匀等问题。

针对摄像机标定，北航的Zhenzhong Wei等人，在《Sensors》,2016,16(7):1074，《Structural Parameters Calibration for Binocular Stereo Vision Sensors Usinga Double‐Sphere Target》一文中提出了一种使用双球靶标进行摄像机标定的新方法，该方法采用两个球心距已知的陶瓷球作为目标靶点，将该靶点固定在刚性平板上，组成双球标定靶。该方法较好地解决了摄像机标定过程中两个相机视角比较大的时候，两个相机的所有特征点的标定图像清晰度差异较大的问题。但该方法所用的陶瓷球靶标在拍摄时会在下方产生阴影，导致图像灰度分布不均匀，球心提取不准确，影响标定精度。

发明内容

本发明为了解决现有三维立体标定装置在进行摄像机标定过程中陶瓷球靶标图像灰度分布不均匀的问题，发明了一种基于自发光球摄像机标定靶的快速提取方法。其目的是针对相机标定过程中空间点自动识别困难、当两个相机视角比较大的时候，难以保证两个相机的所有特征点的标定图像清晰度相同等问题，通过在测量空间内布置可以实现自发光的球状标定靶，实现摄像机的快速识别以及高精度标定。克服了现有三维立体标定装置在进行摄像机标定过程中空间点自动识别困难、当两个相机视角比较大的时候，难以保证两个相机的所有特征点的标定图像清晰度相同、拍摄的标定靶图像灰度分布不均匀等缺陷，具有广泛的应用前景。

本发明采用的技术方案是一种基于自发光球摄像机标定靶快速提取方法，其特征是，该方法在标定之前，先安装空间立体标定靶，再采用三坐标测量机进行测量，确定自发光球靶标中心的精确三维位置信息，通过双目视觉系统中左、右摄像机对自发光球靶标进行拍摄，提取图片中自发光球靶标中心的特征信息，求得自发光球靶标中心的二维像素坐标；最后，在直接线性变换法基础上，求得左、右摄像机的内外参数，实现摄像机在三维空间的立体标定；方法具体步骤如下：

第一步，安装空间立体标定靶

空间立体标定靶由自发光球靶标1，可拆卸靶座2，支撑杆3和底座4组成；首先将自发光球靶标1安装在可拆卸靶座2上，将支撑杆3外螺纹端与可拆卸靶座2进行连接，内螺纹与底座4连接，完成空间立体标定靶的组装；