[发明专利]基于光束直线特性的空间光测系统标定装置及方法

说明书

本发明提供了一种空间光测系统标定的方法及装置，具体包括：根据预设的投射规则，使示踪光束扫描系统向多目视觉设备组的公共视场中投射已知向量的示踪光束，在世界坐标系中求解示踪光束的控制直线方程；使多目视觉设备组采集示踪光束在各视觉设备的二维图像，在靶面坐标系中求解示踪光束的像直线方程；通过光束平差法或最小二乘法计算各视觉设备的内参数和/或外参数。再通过坐标传递原理，解算各视觉设备之间的空间转换关系，完成标定。本发明提供的标定方法及装置利用了示踪光束的直线特性进行标定，无需任何空间合作标靶或标板，降低了光测系统尤其是大空间光测系统的标定难度，提高了标定效率、精度和稳定性。

技术领域

本发明属于视觉测量以及图像检测领域，尤其涉及一种基于光束直线特性 的空间光测系统的标定装置和方法。

背景技术

视觉测量是以计算机视觉为理论基础，采用先进的高密度、低噪声和畸变 小的图像传感器，通过高速实时图像采集系统，专用图像硬件处理系统以及高 性能计算机完成对二值或灰度图像的有效处理的先进系统。

视觉测量系统测量原理建立在针孔相机模型基础上。该模型是一种理想化 的简单相机模型，用于将在世界坐标系下的三维空间点坐标与在相机靶面上的 二维图像点坐标建立映射关系。视觉测量系统标定(光测系统标定)的本质是 通过已知的多个三维空间点坐标和对应的二维图像点坐标，求解光测系统(相 机)的内部参数(比如焦距、主点坐标、镜头畸变参数等)和外部参数(比如 世界坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和平移向量)。这些基于点特征摄影测量 技术的标定方法，不仅需要准确量测出三维空间点坐标和相应的二维图像点坐 标，更需要建立严格的数学模型进行计算。

在实际工程应用中，视觉测量系统的标定方法最常用的是R.Tasi提出的两 步法和张正友提出的平面标定法。这两种方法都需要采用较高精度的标靶，并 且标靶的尺度范围需要与测量视场的范围相匹配。由于每一个相机的标定至少 需要三个不同的空间位置标靶数据，因此常规标定法的劳动强度大，效率低。 当测量视场较大时，常规标定法的时间和人力成本就更高，有时甚至无法实现。 另外，对于大视场测量系统，高精度的大型标靶制造困难，难以布设，小型标 靶却无法与大视场相匹配，严重影响测量结果的精度和稳定性。

发明内容

基于此，本发明的目的是解决空间光测系统标定过程中的标靶制造与设置 困难，布设不均匀，劳动强度，难以维护和效率低等问题，提供一种无需标靶 或标板的空间光测系统标定装置和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种空间光测系统标定方法，该方法应用于多目视觉设备组；所述多 目视觉设备组至少包括两个视觉设备

所述方法包括：

将所述多目视觉设备组中各个视觉设备分别设置于空间光测系统各个 观测点，调整各个视觉设备观测角度，使各个视觉设备之间具有公共视场；

将示踪光束发生器固定安装于多自由度转台上，组成示踪光束扫描系 统；

依据预设的投射规则，使所述示踪光束扫描系统投射已知向量的示踪 光束至所述公共视场；

依据预设的投射规则，使各个视觉设备对所述示踪光束进行图像采集， 获取所述各示踪光束在各个视觉设备的二维图像；

其中，所述预设的投射规则包括各个视觉设备对所述示踪光束的图像 采集周期或者所述各个视觉设备对示踪光束图像采集的具体应用的时间周 期；

在世界坐标系中求解所述各示踪光束的控制直线方程；在所述各视觉 设备的靶面坐标系中求解所述各示踪光束的像直线方程；

根据各示踪光束的控制直线方程和所述各视觉设备靶面坐标系中各示 踪光束的像直线方程之间的共面成像关系，解算各视觉设备的内参数和/或 外参数；