[发明专利]一种摄像机模型标定方法及标定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种摄影测量技术，具体的说，是涉及一种摄像机标定方法及标定装置。 

背景技术

随着航空航天、造船、汽车、天线制造等大型机械加工领域的发展，大尺寸工件的精密测量成为保证产品质量的关键因素。通常这些测量对象的尺寸大，从几米到几十米、甚至几百米，精度要求高（10～20ppm）,测量环境较为复杂，自动化程度要求较高，有些需要在加工的同时实现现场、在线测量以保证部件的尺寸、形状、位姿达到预定要求。视觉测量系统以其非接触、高效、操作简单且具有较高的精度等特点得到了广泛的应用和快速发展，其中摄像机模型及其标定是视觉测量的重要环节，对系统性能、精度水平起着决定性作用。 

常规摄像机模型多数采用参数化模型，以物理成像过程为基础，以参数化解析式为模型表达形式，通过光束平差优化解算摄像机内参数和外参数，如摄像机主距、主点、RT矩阵。根据靶标、模型和解算方式的不同，分为传统标定方法、自标定方法、两步法、主动视觉标定方法等。但是，这些方法都存在着参数化模型固有的缺陷：模型各参数间的相关性导致优化求解误差；难以解析表达的成像误差不能被模型准确概括；用于参数标定的靶标需要覆盖摄像机全视场，导致宽视场情况下成本过高等。这些情况限制了精度和适应性的进一步提高，难以满足工业现场的更高需求。 

发明内容

本发明要解决的是现有摄像机参数化模型及其标定技术在宽视场摄像机研究应用中的技术问题，提供一种摄像机模型标定方法及标定装置，建立了空间标准角度-像面曲线数据的直接映射，突破了参数解析模型对标定效果的限制，可行性好，具有良好的精度可控性，可有效改善大视场摄像机标定困难的现状。 

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现： 

一种摄像机模型标定装置，包括光学平台、程控多齿分度台、六维转台和一维靶标； 

所述光学平台上放置程控多齿分度台，所述程控多齿分度台上放置所述六维转台，所述六维转台用于放置待标定的摄像机，待标定摄像机的光学中心与所述程控多齿分度台的转轴重合，成像平面与所述一维靶标平行； 

所述一维靶标包括一侧设置有固定凸台、另一侧设置有直线导轨的底板，所述固定凸台和所述直线导轨之间沿所述底板长度方向排列有多个调整单元，每个调整单元包括中间设置有靶标特征点的装卡块，所述装卡块一端通过套有压缩弹簧的调整螺钉连接于所述固定凸台，另一端能够通过定位螺钉与所述底板固定。 

所述靶标特征点选用红外LED。 

所述直线导轨上安装有滑块。 

一种利用权利要求1所述摄像机模型标定装置的标定方法，包括如下步骤： 

（1）将一维靶标上所有靶标特征点的中心调整到同一直线上，将所述一维靶标以竖直方向放置于摄像机成像视场内并固定； 

（2）光学平台上依次放置程控多齿分度台、六维转台和待标定的摄像机，粗调所述摄像机的光学中心在所述程控多齿分度台的转轴上，并粗调所述摄像机的成像平面与所述一维靶标平行，使得通过所述六维转台的调整，所述摄像机的光学中心能以所述程控多齿分度台的转轴为中心在水平面任意方向偏移，将所述六维转台和所述程控多齿分度台固定； 

（3）精密调整所述摄像机的光学中心与所述程控多齿分度台的转轴重合； 

（4）在所述摄像机视场内多次成像，通过所述六维转台修正，精密调整所述摄像机的成像平面与所述一维靶标平行； 

（5）使用所述程控多齿分度台调整所述一维靶标在摄像机像面的一侧边缘，以角秒量级的步进角度扫描整个摄像机视场，并在每个分度角度位置处对所述一维靶标的所有靶标特征点位置进行亚像素量级的精密提取； 

（6）提取的每个靶标特征点位置坐标为第一像面坐标，将每个分度角度值与对应靶标特征点位置的第一像面坐标一同存储，建立第一标定映射关系； 

（7）分离所述摄像机、所述六维转台和所述程控多齿分度台，以摄像机光轴为轴心以90°翻转所述摄像机； 

（8）重复步骤（2）至步骤（5），提取的每个靶标特征点位置坐标为第二像面坐标， 将每个分度角度值与对应靶标特征点位置的第二像面坐标一同存储，建立第二标定映射关系； 

（9）根据第一标定映射关系和第二标定映射关系得到标准数据映射表，完成对所述摄像机的标定。 

其中，所述步骤（1）具体包括如下步骤： 

a．将所述一维靶标放置于影像测量仪上，并放松每个调整单元的所述定位螺钉；