[发明专利]用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法

权利要求书

1.用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、多相机标定：转动平面标定板，利用多个相机同步采集平面标定板图像，根据采集的平面标定板图像计算每个相机的参数；

步骤2、激光器位置及姿态标定：将任意一自由曲面物体置于被测区域，利用多个相机同步采集图像，根据图像中光带中心位置和相机参数计算物体上每一点的三维坐标，根据三维坐标确定激光器位置及姿态标定参数；

步骤3、任一状态旋转件坐标测量：将旋转件置于被测区域，利用多个相机同步采集图像，根据图像中光带中心位置和激光器位置及姿态标定参数求解该状态下的三维形貌坐标；

步骤4、叠加所有状态的旋转件三维形貌坐标，得到旋转件相对于旋转轴的全表面三维形貌；

若步骤3仅有一个相机i存在光带，则利用第i个相机参数求解三维形貌坐标的公式为：

若存在光带的相机多于 一个，则每多一个相机j存在光带，在上式的基础上增加两个方程：

其中，[XYZ]为三维形貌坐标，x_i、y_i和x_j、y_j分别为相机i和j中光带中心位置的图像坐标，T_i,x、T_i,y、T_i,z为旋转矩阵在x、y、z方向的三个分量，表示第i个相机的内部参数矩阵。

2.根据权利要求1所述的用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，步骤1中的多个相机包括至少两台图像分辨率大于2000*2000的工业相机，且均匀布置于激光器两侧。

3.根据权利要求1所述的用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，步骤1采用编码点标定板。

4.根据权利要求1所述的用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，步骤1计算的相机参数包括：内部参数矩阵A_i、镜头畸变参数矩阵D_i、相机光心坐标系相对于基准坐标系之间的旋转矩阵R_i和平移矩阵T_i，其中i＝1、2、…、k，k为相机个数。

5.根据权利要求4所述的用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，步骤1中的基准坐标系为任意一个相机光心坐标系。

6.根据权利要求1所述的用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，步骤2中的自由曲面包括除了平面之外的任意规则或者不规则的曲表面。

7.根据权利要求1所述的用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，步骤2计算自由曲面物体上每一点三维坐标的公式为：

设共有k个相机，第i个相机的内部参数矩阵为旋转矩阵为平移矩阵为T_i＝[T_i,x T_i,y T_i,z]，则每一点的三维坐标X_i＝[X_i Y_iZ_i]为：

式中，f_i,x、f_i,y为第i个相机水平方向和竖直方向的等效焦距，c_i,x、c_i,y为镜头的光轴与靶面交点的像素坐标，x_i、y_i为第i个相机中的图像坐标；

根据点的三维坐标确定激光器位置及姿态标定参数a、b、c、d的公式为：

式中，m为自由曲面物体点的个数。

8.根据权利要求7所述的用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，步骤2采用线性矩阵求解或SVD奇异值分解方法求解a、b、c、d四个参数。

9.根据权利要求1所述的用于深孔洞旋转件形貌测量的多相机光刀系统标定方法，其特征在于，步骤3采用线性最小二乘方法求解三维形貌坐标。