[发明专利]一种二级组合视觉测量系统中转位姿高精度标定方法

说明书

本发明公开了一种二级组合视觉测量系统中转位姿高精度标定方法，涉及视觉测量技术领域。提出了一种逻辑清晰、步骤有序且结果精确的用于二组组合视觉测量的高精度标定方法，并可在大尺度物体的测量过程中，利用标定后的中转位姿有效提高实际的测量精度。按以下步骤进行标定：S1、标定装置的现场布置与标定数据采集；S2、基于组合数据传输的标定模型建立；S3、基于Kronecker积和最小二乘原理的中转位姿求解与优化；S4、利用标定结果对被测对象进行高精度三维重建，实现被测对象几何量的完整表达。避免了由于不同测量系统尺度差异所造成的标定精度低的问题，从而提高了中转位姿的标定精度。通过标定后的中转位姿，即可有效提高实际的测量精度。

技术领域

本发明涉及视觉测量技术领域，具体指代一种用于组合视觉测量系统的高精度标定方法。

背景技术

大尺度物体的高精度三维测量和逆向重建对基于视觉和光学的测量方法提出了更高要求，即满足较大的测量视场下同时需要保证较高的测量精度。单一的视觉测量系统很难满足大视场和高精度的需求，而利用组合视觉系统既保证了测量范围可拓展，同时保证了局部的测量精度，成为大尺寸物体测量的有效方式。

二级组合视觉测量系统由大视场双目视觉系统、小视场双目视觉系统和中转靶标组成。大视场视觉系统固定放置，用于空间定位，可构建全局坐标系。小视场视觉系统可以在测量空间内任意移动，小视场测量的数据通过中转靶标变换到全局坐标系下，实现不同测量位置的数据统一。

在组合测量系统中，中转靶标安装在小视场测量设备上，除了两组测量设备自身需要标定外，中转靶标坐标系和小视场测量坐标系的变换最为重要，其是一个固定的变换矩阵，影响全局数据变换的精度，也是联系两个测量设备的中转桥梁。中转位姿的标定是确定中转靶标与小视场视觉系统的变换矩阵，其在大视场高精度测量方面具有重要作用。

已有的公开的成果中，虽然涉及了组合视觉测量标定，但其标定精度远达不到高精度的测量要求，且标定方法在原理上具有本质性的缺陷。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种逻辑清晰、步骤有序且结果精确的用于二组组合视觉测量的高精度标定方法，并可在大尺度物体的测量过程中，利用标定后的中转位姿有效提高实际的测量精度。

本发明的技术方案为：按以下步骤进行标定：

S1、标定装置的现场布置与标定数据采集；

S2、基于组合数据传输的标定模型建立；

S3、基于Kronecker积和最小二乘原理的中转位姿求解与优化；

S4、利用标定结果对被测对象进行高精度三维重建，实现被测对象几何量的完整表达。

所述标定装置包括大视场视觉系统4、小视场视觉测量系统3、中转靶标2以及标准棋盘格5；

步骤S1为：固定放置大视场视觉系统4以及标准棋盘格5，中转靶标2固定安装在小视场视觉系统3上，移动小视场视觉系统3从不同角度拍摄标准棋盘格5；同时，利用大视场视觉系统4采集中转靶标2的图像，并重建中转靶标2在大视场视觉系统4坐标系下的位姿。

具体来说：大视场视觉系统GVS由两个工业相机组成，其固定放置，这两个工业相机具有较大的视场和较高的空间定位精度。小视场视觉系统LVS同样由两个工业相机组成，但是这两个工业相机具有较小的测量范围。小视场视觉系统LVS上固定安装中转靶标。中转靶标具有特定的形状，其上具有视觉系统可识别和测量的编码特征点，且特征点可以被三维重建，并可根据其几何关系确定中转靶标自身的坐标系。将大视场视觉系统GVS以及标准棋盘格固定安装在一个位置，并保证其在大视场视觉系统GVS的可见范围内。标准棋盘格为平面棋盘格，其由十字角点组成，角点之间的距离是精度极高的标准值，可作为视觉系统标定的标准化参考。