[发明专利]基于双目视觉系统和激光跟踪仪测量系统的全局标定方法

说明书

本发明公开了一种基于双目视觉系统和激光跟踪仪测量系统的全局标定方法，首先制作A面具有双目视觉系统圆形标记点和B面具有激光跟踪仪测量靶球的刚性立体靶标，然后建立立体靶标的A面坐标系和B面坐标系，解算立体靶标A面坐标系与双目视觉系统左相机坐标系之间的转换关系和立体靶标B面坐标系与激光跟踪仪世界坐标系之间的转换关系，根据上一步中解算出的转换关系，解算出A面坐标系和B面坐标系之间的转换关系，最后解算出全局标定双目视觉系统左相机坐标系与激光跟踪仪世界坐标系之间的转换关系。本发明减少了直接加工和维护高精度立体靶标的难度，避免了直接测量带来的测量误差，获得了更加准确的标定结果。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于双目视觉系统和激光跟踪仪测量系统的全局标定方法。

背景技术

随着计算机视觉相关技术的快速发展，非接触式三维特征点的精确测量在现代工业制造领域被广泛应用于变形监测、尺寸分析、质量检测等方面，尤其涉及到大尺寸测量领域，如变形监测、船舶制造、航空航天制造等。双目视觉系统作为计算机视觉的一个重要分支，是由两个交向布置的视觉传感器组成，捕获空间点在两个不同视角下的左右图像，利用左右图像中空间点对应的图像匹配点，根据双目立体视觉的三角测量原理对空间点进行三维坐标的计算。双目视觉系统重构的三维坐标以左相机坐标系为基准。

但是受到视觉传感器的限制，在左右视觉传感器同时达到0.2mm的测量精度时，双目视觉系统的测量范围一般只能达到1m×1m。为了扩大双目视觉系统的测量范围，通过在测量区域布局人工标记点。方法一：在保证可以看到至少3个公共标记点的前提下移动双目视觉系统，利用公共标记点实现移动前后双目视觉系统测量数据的坐标系统一，但该过程会引入误差累积，要达到mm级的测量精度，该方法也只能将双目视觉系统的测量范围扩大到10m范围内；方法二：为了进一步扩大视觉测量系统的测量范围，C.Reich提出结合数字近景摄影测量系统的方法，该方法首先采用一台高分辨率的摄像机，从多个不同的位置和方向对布局的人工标记点拍摄多幅图像，经过图像解析、序列图像三维重构、光束法平差优化等步骤获得高精度的人工标记点骨架点模型，然后移动双目视觉系统进行三维测量并将测量数据自动拼接到高精度的人工标记点骨架点模型上，从而解决了方法一中存在的误差累积问题，但该方法也只能将双目视觉系统的测量范围扩大到20m范围内。

激光跟踪仪是通过将一束激光发射到靶球上，光束被反射回激光跟踪仪接收并记录下其精确的距离，同时激光跟踪仪内部的两个角度编码器会高精度地测量水平方向和竖直方向的旋转角度，从而计算出靶球在激光跟踪仪球坐标系下的空间三维坐标。激光跟踪仪也可通过至少3个公共点的蛙跳方式实现测量数据的坐标系统一，从而将测量范围扩大至上百米，且保证测量精度达到mm级。

为了将双目视觉系统的测量范围扩大至几十米甚至上百米，可借助于激光跟踪仪建立全局坐标系，以保证在几十米甚至上百米范围内的整体测量精度达到mm级，但其中存在的关键问题是如何高精度地实现双目视觉系统测量坐标系与激光跟踪仪全局坐标系的全局标定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种基于双目视觉系统和激光跟踪仪测量系统的全局标定方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于双目视觉系统和激光跟踪仪测量系统的全局标定方法，包括以下步骤：

(1)制作立体靶标：制作A面具有双目视觉系统圆形标记点和B面具有激光跟踪仪测量靶球的刚性立体靶标；

(2)建立立体靶标的A面坐标系和B面坐标系：将立体靶标放置于双目视觉系统和激光跟踪仪测量系统的测量视野内，双目视觉系统测量立体靶标A面圆形标记点圆心的三维坐标，并以立体靶标A面的三个圆形标记点为基准建立A面坐标系，激光跟踪仪测量系统测量立体靶标B面靶球球心的三维坐标，并以立体靶标B面的三个靶球球心点为基准建立B面坐标系；