[发明专利]一种单维像素合并模式等效窄面阵相机空间位置测量方法

说明书

本发明提供一种单维像素合并模式等效窄面阵相机空间位置测量方法，包括使用三个面阵工业相机建立三目视觉测量系统，各相机通过不同方向的binning构建成等效窄面阵成像，采集目标图像，提取窄面阵图像下的特征标识亚像素中心位置，根据三目相机内部参数和外部参数标定结果计算出特征标识在测量系统坐标系下的空间位置坐标。本发明提供一种介于面阵和线阵视觉的精密动态空间位置测量方法，基于单维binning模式的等效窄面阵相机通过三目组合实现空间位置测量，满足高精度、高速度测量需求，对动态精密空间位置测量具有重要意义。

技术领域

本发明属于动态精密空间位置测量领域，具体涉及一种基于单维像素合并模式(即binning)等效窄面阵相机空间位置测量方法。

背景技术

动态精密空间位置测量是机械测试的重要领域，在飞行器风洞测试试验，船舶拖曳测试试验，大尺寸部件装配和运动过程监控等领域应用广泛。

动态精密空间位置测量对测量系统提出了较高要求：一是空间分辨率要求高，精密的空间位置测量，较高的分辨率是重要前提；二是采样速率要求高，测量系统必须要有足够的采样速率来捕捉目标运动过程中的细节变化；三是灵敏度要求高，由于采样速率高，每次采样的积分时间短，因此高灵敏度是目标测量精度和测量范围的重要保障；四是要有多目标的同步测量能力，要保证时间上的同步性来减小动态误差的引入。

对于上述常规及大尺度空间动态目标的精密空间位置测量，基于面阵相机或线阵相机的立体视觉测量方法以其非接触测量且配置简单，测量精度较高，测量方式灵活，因而广为应用。

然而在高动态条件下，传统的双目面阵相机测量系统和三线阵相机测量系统均存在一定缺陷。对于双目面阵相机测量系统，面阵相机的高分辨率图像采集传输和图像处理时间等因素限制了系统测量速率，而高帧频相机往往成本高、体积大。对于三线阵相机，采用柱面镜将像素排列法向的成像视场压缩至一点，导致测量目标易受干扰，且因目标混叠而不能实现多目标成像，只能循环点亮；同时，线阵相机基于柱面镜的成像原理会导致镜头孔径光阑小，进光亮小，使得被测目标必须采用高亮发光特征，限制了其应用范围。

可见，传统双目面阵相机测量系统和三线阵相机测量系统都存在各自的不足，难以平衡动态精密空间位置测量的各类要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种单维像素合并(binning)模式等效窄面阵相机空间位置测量方法，破除传统双目面阵相机和三线阵相机的固有缺陷，既能结合两者优点，又能一定程度弥补两者不足，实现高性能的动态空间位置测量。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种单维像素合并模式等效窄面阵相机空间位置测量方法，采用binning模式等效窄面阵成像的方式实现高速度测量的能力；采用三相机组合测量的方式实现测量的高精度，涉及binning模式成像方法及三目组合、等效窄面阵三目视觉测量模型、等效窄面阵三目视觉测量系统相机内部参数和外部参数标定、窄面阵图像处理方法等。

基于单维像素合并模式(即binning)将工业面阵相机转化为等效窄面阵，通过三个等效窄面阵相机构建三目测量系统，并针对由光点构建的特征标识进行测量；通过三个等效窄面阵相机构建的三目测量系统，三个相机分左、中、右排列视场交汇构成三目视觉测量系统，其中左、右相机采用1×4binning(即纵向进行4倍的像素合并，横向不合并)，中间相机采用4×1binning(即横向进行4倍的像素合并，纵向不合并)；固定好三目相机的位置，保证在测量过程中相机位置不发生变动。

所述等效窄面阵三目视觉测量系统，建立等效窄面阵三目视觉测量模型，并标定得到各相机内部参数和相机之间空间关系的外部参数；所述等效窄面阵三目视觉测量模型，建立起被测特征标识图像像素位置与测量坐标系下空间位置的关系，模型中包含各相机内部参数和外部参数。

所述等效窄面阵三目视觉测量系统中各相机内部参数和外部参数标定，步骤如下：