[发明专利]多台不共视场量测相机的坐标系转换标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相机坐标标定方法，尤其是涉及一种多台不共视场量测相机的坐标系转换标定方法。

背景技术

三维摄影测量技术具有非接触、速度快等优点，在工业检测等领域有着广泛的应用前景。实现物体的三维摄影测量主要依靠多台相机进行。在已知每台相机内部参数的情况下，需要对多个相机之间的位置关系(即外部参数)进行标定。相机位置关系标定结果的好坏直接决定测量结果的精确程度，因此需要研究相机的标定方法。

对于外部参数的标定目前有一种方法是通过线性方程直接求解左右相机之间的旋转矩阵和平移矩阵，另一种方法是利用基础矩阵来求解左右相机的旋转矩阵和平移矩阵，但是这两种方法都是基于代数方法，避免不了解线性方程带来的大量计算和引入的误差。

使用的实际方法中，棋盘格方法是目前较为成熟的方法。该方法以棋盘格平面作为Z=0的平面，以棋盘格中某一个边界角点作为世界坐标系的原点，以棋盘格的法线方向作为Z轴的正方向，定义世界坐标系，即绝对坐标系。在标定过程中，固定棋盘格的角点作为标识点，多次改变棋盘格平面的法方向，获取多幅图像以对相机的内部参数进行标定，并确定相机在多个世界坐标系下的外参数。该方法中相机的外参数为相机相对于某一绝对坐标系的位置的描述，要想获得多个相机之间的相对位置关系，则要求所有相机至少共享某一世界坐标系下的图像，在通常条件下很难能够满足。改进的方法是利用棋盘格依次对两个或多个能够共享同一视野的相机进行标定，求取其转换矩阵，进而得到所有相机的转换矩阵。这种方法对相机之间的视野要求苛刻，标定物体对不同相机存在可见与不可见的问题。这种方法的局限性是在大视场范围内，需要构造有共同视场的多台相机，造成了相机使用个数的浪费，因此不适合于分布的不共视场的多相机标定。针对分布的大视场测量要求，以及测量物体的离散型特征，为了尽量减少相机的使用个数，需要研究分布式不共视场相机之间的坐标系转换标定算法。

目前几乎没有针对不同视场的两台或多台相机坐标关系进行标定的方法。而对于不同视场相机之间坐标关系标定的方法研究，只要能完成两台不共视场相机之间坐标关系的标定，多台相机之间坐标关系的标定即可通过两两标定传递完成，从而得到各个相机之间的坐标关系。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种标定结果准确、操作简单的多台不共视场量测相机的坐标系转换标定方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多台不共视场量测相机的坐标系转换标定方法，该方法包括以下步骤：

1)根据需要制作满足不共视场量测相机拍摄的方靶标定物，该方靶标定物上设有多个正方形靶标，多个正方形靶标在同一平面上，各正方形靶标分别在一个相机的视场中央；

2)建立各相机的相机坐标系；

3)各相机分别采集对应正方形标靶的图像，获取正方形标靶的各靶点在相机坐标系中的坐标；

4)建立靶标平面坐标系；

5)计算各相机坐标系的转换关系。

所述的多个正方形靶标的平移关系已知。

所述的获取正方形标靶在相机坐标系中的坐标具体为：

相机根据采集到的正方形标靶图像，提取正方形靶标中心在图像中的坐标位置，根据针孔模型的等效光路图，得到靶标中心在相机坐标系中的坐标为a₀(x，y，id)，即图像上的四个靶点(a₁，a₂，a₃，a₄)的对角线中心，其中id为相机参数；