[发明专利]基于非共同视场下的相机阵列标定方法

说明书

本发明公开了一种基于非共同视场下的相机阵列标定方法，涉及非接触式光学测量领域。具体包括搭建相机阵列系统；调整标定板位置，拍摄标定板图片；分别对相机组进行标定，得到相机各自的相对空间关系变换矩阵；通过标定结果进行坐标转换；对标定结果进行验证。本方法的优点在于以双相机作为一个相机组，通过含有共同视场的相机组建立空间约束关系，借由理论分析并推导出非共同视场下相机之间的空间关系转换矩阵，提出一种可以利用多次标定结果和多台相机的相对空间位置关系矩阵等要素实现针对大型柔性结构非共同视场下相机阵列的标定方法。

技术领域

本发明涉及非接触式光学测量领域，尤其涉及一种基于非共同视场下的相机阵列标定方法。

背景技术

在数字图像相关方法以及三维形变重建中，相机标定发挥的作用极为重要，标定结果对三维重建和结构变形都有直接影响。传统的单目或双目相机系统都受到一定的视场范围限制，为了满足大型柔性结构的工业测量要求，通常需要多个相机组建一个具有更大视觉空间范围的相机阵列。当采用多相机组成的测量系统对大型工件进行非接触测量时，由于工件尺寸大，相机之间不存在或只存在很小的共同视场，现有的解决方法多需要去求解标定靶标之间的位置空间关系，实用性较低并且会引入附加系统误差，因此，如何对非共同视场的相机阵列进行高精度的全局标定就成为了一个亟需解决的实际工程问题。

发明内容

本发明的目的在于利用多次标定结果和多台相机的相对空间位置关系矩阵等要素实现针对大型柔性结构非共同视场下相机阵列的标定方法。

为达到上述技术目的，本发明提供一种基于非共同视场下的相机阵列标定方法，包括以下步骤：

(1)将n台相机搭建成相机阵列系统，调整相机相互的位置角度，使得n台相机中相邻的两台相机存在共同视场并构成一个相机组，其中n≥3；

(2)调整标定板的位置，使得标定板分别在各个相机组的共同视场内可见，分别拍摄各相机组共同视场范围中的标定板图像；

(3)利用相机标定程序分别对上述标定板图像进行处理，完成各个相机的标定，得到n台相机各自的相对空间关系变换矩阵[R_n T_n]；

(4)结合上述的标定结果与相机组中双相机的共同视场范围条件，首先计算出含有共同视场下的各个相机组之间的空间关系转换矩阵，之后由于各个相机组的相对空间位置关系稳定不变，根据基于相邻相机之间的空间约束条件推导出非共同视场下，即非相邻相机之间的空间关联参数矩阵，通过迭代运算建立任意非共同视场下两台相机的相对空间转换关系；

(5)选取相机组中的一台相机作为基准相机，所述基准相机的光心坐标系作为全局坐标系，将相机阵列中其他相机的光心坐标系通过之前建立的空间转换关系统一至全局坐标系，完成非共同视场下相机阵列的标定。

优选的，步骤(1)中，将n台相机分别安装于三角支架上，并与同步触发器以及计算机采集系统相连接，搭建相机阵列系统。

优选的，所述步骤(2)具体包括以下步骤：

(21)将标定板分别置于各个相机组的共同视场内，通过放大计算机图像采集画面，调整相机的光圈和焦距，使得采集画面中的标定板上的特征点清晰可见，无模糊现象；

(22)取标定板上左上角点为标定板空间坐标原点，原点经过的横向格线为该空间位置下的X轴，原点经过的纵向格线为该空间位置下的Y轴，原点所在的垂直于标定板平面的直线为该空间位置下的Z轴，所述标定板的正平面在各个相机组的共同视场范围内，将标定板在空间内分别绕X轴、Y轴、Z轴旋转预设角度，每次旋转后利用同步触发器及计算机采集系统进行图片抓取，获取在各个相机组的共同视场范围中的标定板不同姿态下的图片，并将上述图片保存至计算机；

(23)对拍摄到的图片进行去噪处理，并对图片进行统一编号。