[发明专利]一种大场景摄像机全局外参数标定装置及方法

说明书

本发明涉及一种大场景摄像机全局外参数标定装置及方法，装置包括过渡件、可伸缩件、发光装置及支撑件；所述可伸缩件与发光装置的数量均为N，N≥4；所述过渡件下部通过支撑件设置于测量现场，过渡件上部与每个可伸缩件的一端固连，每个可伸缩件的另一端均设置有一个发光装置作为发光控制点。本发明方法解决了大场景下多摄像机全局外参数标定问题；标定方法一次空间位置测量计算可用于标定多个摄像机，有效的节省了标定时间，提高了标定效率；标定装置为多个非平面特征点，摄像机只需拍摄一次，既可以利用非线性优化求解该摄像机外参数；标定方法使用设备简单，测量快速，且可以在相对晃动的水面上使用。

技术领域

本发明涉及视觉测量技术领域，尤其涉及一种大场景摄像机全局外参数标定装置及方法。

背景技术

全局标定是把各个摄像机的测量数据统一到一个总体世界坐标系中，也就是确定各个摄像机坐标系相对这一总体世界坐标系的位置和方向，即旋转矢量和平移矢量。这种位置和方向很难通过摄像机安装来获知，必须通过特定的手段在测量现场全局标定求出。全局标定是多摄像机视觉测量系统成功的关键，决定了整个系统的测试精度。全局标定精度与摄像机测量精度以及所用全局标定方法有着直接的联系。因此，高精度、实用、快速的全局标定装置及方法是十分必要的。

典型的小场景视觉测量系统，两摄像机基线小于1m，常用的标定方法采用摄像机拍摄平面模板等方法实现小场景的摄像机标定；标定模板特征间位置关系采用加工打印等得到；标定结果得到的是两摄像机间相互位置姿态关系。

对于多摄像机视觉测量系统的全局标定，传统的方法是利用一个已知精确工件作为标定依据；不过，对于大型工件，加工一个精确的标准件很昂贵，采用已知的但不必精确的工件作为标准件定期标定系统，该标准件是将一般的加工件送到坐标测量机测量后生成。这两种方法均采用标准件作为标定工具，在搬动和从定期标定的系统中取出来要防止标准间不受损害是很难的；而且，大型工件运输、装卸均存在很多问题。对于近红外摄像机标定控制点选取既要保证成像效果，又要尽量体积小，便于空间目标中心与图像坐标中心的对应。

在全局标定中，摄像机作为一测量模块，与外部测量设备同时对控制点进行测量，通过控制点的坐标转换完成摄像机坐标系的统一。由此可见，要实现测量系统的标定必须具备两个条件：能提供控制点的靶标；能确定靶标控制点坐标的外部测量设备－经纬仪。但是在船体在海上航行或漂浮作为不稳定平台时，电子经纬仪不能工作，只能等船体进坞坐墩状态下进行，这与视觉系统的定期或不定期标校需求相矛盾。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种大场景摄像机全局外参数标定装置及方法，从而解决利用基准尺或标准物需要多次进行拍摄、不能求解摄像机相对于世界坐标系的关系以及标准件在使用、运输、装卸过程中存在的诸多问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

在基于本发明实施例的一个方面，提供了一种大场景摄像机全局外参数标定装置，包括过渡件、可伸缩件、发光装置及支撑件；所述可伸缩件与发光装置的数量均为N，N≥4；所述过渡件下部通过支撑件设置于测量现场，过渡件上部与每个可伸缩件的一端固连，每个可伸缩件的另一端设置有发光装置作为发光控制点。

在基于本发明装置的另一个实施例中，过渡件采用不锈钢材料，包括底盘和N个圆形管件，N≥4，圆形管件焊接在底盘上盘面上，过渡件底盘为圆盘，过渡件底盘下盘面中心加工螺纹孔，与支撑件通过、螺栓配合连接；N个可伸缩件分别可伸缩件固定在过渡件的N个圆形管件内，每个圆形管件开有孔并焊接螺母，利用螺栓紧固可伸缩件。

在基于本发明装置的另一个实施例中，可伸缩件采用高刚性材料，内部可通过与发光装置相连的供电线缆，可伸缩件能够根据需要调节长度并锁紧。

在基于本发明实施例的另一个方面，提供了一种大场景摄像机全局外参数标定的方法，包括以下步骤：

S1、预先设置基准点，得到基准点在全局坐标系下的三维坐标；