[发明专利]小型二维靶大视场双目立体视觉系统结构参数在位标定法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种大视场双目立体视觉系统结构参数标定方法，特别是一种使用小型二维标定靶对大视场双目立体视觉结构参数进行在位标定的方法。属于光学测量和机械工程技术领域。

背景技术：

传统双目立体视觉系统参数的标定是将左右摄像机内参数及系统结构参数同时进行标定。随着测量场景的不断增大，这一传统的方法也延续到了大视场双目立体视觉测量系统的标定中。

大视场双目立体视觉系统参数的标定，通常采用大尺寸二维标定靶或大尺寸三维标定靶。然而大尺寸二维和三维标定靶加工精度难以保证，且操作使用不便。为进一步提高标定靶的制造精度及操作使用便捷性，Xiao Zhenzhong等在文献“Across-target-based accurate calibration method of binocular stereo systems withlarge-scale field-of-view.Measurement 2010;43:747-754.”中提出了大尺寸交叉靶对大视场双目立体视觉系统参数进行标定，由于只需关注标定靶上特征点间的相对位置，而无需精确确定特征点的绝对坐标，因此降低了标定靶的制造难度，保证了其加工精度，同时相对大尺寸二维、三维标定靶，一定程度上交叉标定靶提高了标定的灵活性。

由于大尺寸二维、三维标定靶及大尺寸交叉标定靶在理想情况下，可以满足大视场双目立体视觉系统参数的标定需要，但对于检测环境较为复杂的生产现场在位标定，受制于测量空间的限制，上述大尺寸标定靶均有一定的使用局限性。为提高大视场双目立体视觉系统参数在复杂现场在位标定的灵活性，Sun Junhua等在文献“A calibration method for stereo vision sensor with large FOV based on 1Dtargets.Optics and Lasers in Engineering 2011;(49):1245-1250.”中提出了基于一维标定靶的双目立体视觉系统参数标定方法。一维标定靶相对于上述大尺寸标定靶，提高了标定的灵活性，能够适应较为复杂的现场标定。但是，一维标定靶由于其上标定特征点少，单次摆放提供的有效约束条件较少，常需要多次摆放，导致其标定效率不高。此外，一维标定靶对其上两特征点间的距离精度要求较高，当特征点间距较大时，也限制了其实际应用。

发明内容：

为克服现有技术的不足和缺陷，同时考虑在位标定的重要性，如其可以有效解决测量系统使用过程中，标定参数，特别是结构参数，因受工作环境，如温度、震动等的影响而产生变化，导致测量精度降低等问题。本发明根据双目立体视觉系统参数标定的特点，即摄像机内参数不随两像机间的位置变化而改变，通过将摄像机内参数和系统结构参数分开单独标定，在离线下精确标定左右摄像机内参数，在位标定左右摄像机间的位置关系，即立体视觉系统结构参数，进而提出了一种小型二维靶大视场双目立体视觉系统结构参数在位标定法。立体视觉系统结构参数标定对标定靶的大小形状并无严格要求，只要标定靶满足其上有三个已知的不共线的特征点，即可完成大视场双目立体视觉系统结构参数在位标定。其具体步骤如下：

1）制作小尺寸二维标定靶。小尺寸二维标定靶采用Ipad的液晶屏，标定图样为圆斑阵列，并将此标定图样显示在Ipad液晶屏幕上。取圆斑中心作为标定靶上特征点。

2）在测量场景中摆放标定靶。将小尺寸二维标定靶置于大视场双目立体视觉系统的测量场景中，并将其固定。

3）获取测量系统标定所需图像。左摄像机和右摄像机分别采集标定靶图片。

4）计算标定靶至左右摄像机的外参数。利用已在离线下完成标定的摄像机内参数矩阵A，和给定标定靶上特征点的空间坐标M_w及其对应的成像面投影坐标m，计算摄像机相对于标定靶的外参数和其中表示标定靶坐标系至摄像机坐标系的旋转矩阵，表示标定靶坐标系至摄像机坐标系的平移向量。计算公式如下：

sm=A(RcwMw+Tcw)]]>