[发明专利]一种基于时空转换思想的摄像机标定方法

说明书

本发明一种基于时空转换思想的摄像机标定方法属于计算机视觉检测以及图像检测领域，涉及一种基于时空转换思想的摄像机标定方法。该方法通过两个以一定角度相互定位的转台和安装在其中一个转台的激光器组成立体转台装置，通过两个转台相互独立的运动控制激光器，使激光点在墙壁上扫掠，再通过时间与空间的转换思想，获得扫掠的距离和转台旋转时间的关系式，使用摄像机在对应时间点对激光点图像进行拍摄，获得大量对应的二维空间特征点，然后根据小孔成像模型原理，分别得出摄像机的内参数和外参数。本方法执行标定时不需要占用过多空间，投射靶点的速度也很快，节省标定时间，因此可以有效地适应加工现场环境。

技术领域

本发明属于计算机视觉检测以及图像检测领域，涉及一种基于时空转换思想的摄像机标定方法。

背景技术

在计算机视觉及图像检测应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中二维对应点之间的相互关系，必须建立摄像机成像的几何模型，这些几何模型参数就是摄像机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程即为摄像机标定。因此摄像机参数的标定是视觉检测中非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响摄像机工作产生结果的准确性。因此，简化摄像机标定，提高标定精度是目前科研工作的重点所在。但是已有的常用标定方式几乎都需要标定板或其他立体参照物作为目标协助标定，然后通过摄像机多组拍摄，来获取摄像机的相关参数。但是在进行现场测量时，由于复杂的环境，标定的时间和空间极其有限，被测物的移动会导致常规的标定方法难以快速有效的完成标定，造成测量周期延长，测量的实时性降低以及视觉测量的精度下降。

目前常用的标定方法是张正友在《A Flexible New Technique for CameraCalibration》一文中提出的基于平面标定板的标定方法，该方法是介于传统标定和自标定之间的一种方法，它只需要摄像机对某个标定板从不同方向拍摄多幅图片，通过标定板上每个特征点和其像平面的像点间的对应关系，即每一幅图像的单应矩阵来进行摄像机的标定，有较为广泛的应用。该方法具有较高精度，但是需要标定板来辅助标定，标定精度依赖于标定板的精度，而且标定板价格昂贵，同时张氏标定法算法复杂，标定耗时长，标定时需要占据大量的空间，在现场进行测量时不方便，因此不适合摄像机参数现场在线调整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有标定方法的不足，针对在工业测量现场缺少有效的摄像机标定方法的情况，发明一种基于时空转换思想的摄像机标定方法。该方法利用激光在墙壁平面上的扫掠，获得大量位置特征点信息，根据获得的特征点对摄像机的参数进行标定，获得包括光轴通过像平面的主点坐标以及等效焦距，摄像机的旋转矩阵以及摄像机间的平移矩阵等参数。本方法执行标定时不需要占用过多空间，投射靶点的速度也很快，节省标定时间，因此可以有效地适应加工现场环境。

本发明采取的技术方案是一种基于时空转换思想的摄像机标定方法，该方法通过两个以一定角度相互定位的转台和安装在其中一个转台的激光器组成立体转台装置，通过两个转台相互独立的运动控制激光器，使激光点在墙壁上扫掠，再通过时间与空间的转换思想，获得扫掠的距离和转台旋转时间的关系式，使用摄像机在对应时间点对激光点图像进行拍摄，获得大量对应的二维空间特征点，然后根据小孔成像模型原理，分别得出摄像机的内参数和外参数，方法的具体步骤如下：

步骤1：立体转台装置的装配

立体转台装置中，上、下转台1、2相互以一定角度定位安装，将激光器3固定在其中一个转台上，通过两个转台相互独立的运动控制激光器3，实现激光器3在墙壁6平面的任意处投射激光点，同时使用摄像机4对激光靶点图像进行拍摄，获得包含激光靶点特征点信息的图像；

步骤2：利用摄像机分时多次拍摄墙壁上特征点，获得多组图像信息数据。

使用立体转台设备在目标墙壁上投射多组激光靶点，同时多次拍摄，在拍摄的每一组图像中，通过时空转换关系式求出各个时间点拍摄图像中特征点的实际尺寸。