[发明专利]一种用于变焦双目视觉测量系统的高精度标定方法

说明书

本发明提供一种用于变焦双目视觉测量系统的高精度标定方法，所述变焦双目视觉测量系统包括圆形棋盘格靶标和两个固定放置的工业相机；所述高精度标定方法包括移动圆形棋盘格靶标，利用两个工业相机从不同角度采集圆形棋盘格靶标的图像；利用两个工业相机图像匹配点及两个工业相机变焦前后的匹配点进行两类单应性矩阵估计；根据变焦数学模型和单应性矩阵，计算变焦后两个工业相机的内外参数；采用Levenberg‑Marquardt算法对两个工业相机的内外参数进行非线性优化；根据优化后的内外参数对大尺寸被测进行三维测量。有效提高大尺寸物体实际的测量精度。

技术领域

本发明属于视觉测量技术领域，尤其涉及一种用于变焦双目视觉测量系统的高精度标定方法。

背景技术

大型飞机研发和生产制造能力是国家航空工业水平的重要标志，也是国家综合实力的重要体现，发展大型飞机对于提升我国自主创新能力，增强国家核心竞争力具有重要意义。

针对于航空航天智能制造过程中，用于大型零部件的精确定位、装配与智能化引导的常规辅助测量技术无法满足精度的问题。大尺寸物体的高精度三维测量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。

Abdel-Aziz根据透视原理提出了直接线性变换法，但由于缺乏对参数之间的约束和镜头畸变的考虑，故而标定精度不高。Tsai提出的两步法加入了对径向畸变的考虑；J.Weng在两步法的基础上增加了对切向畸变的考虑，可适用于失真严重的场合下。国内对定焦相机标定的研究最具代表性的是提出的一种以平面棋盘格为标定物，称其为张正友平面标定法。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种用于变焦双目视觉测量系统的高精度标定方法。

本发明提供一种用于变焦双目视觉测量系统的高精度标定方法，所述变焦双目视觉测量系统包括圆形棋盘格靶标和两个固定放置的工业相机；所述高精度标定方法包括：

移动圆形棋盘格靶标，利用两个工业相机从不同角度采集圆形棋盘格靶标的图像；

利用两个工业相机图像匹配点及两个工业相机变焦前后的匹配点进行两类单应性矩阵估计；

根据变焦数学模型和单应性矩阵，计算变焦后两个工业相机的内外参数；

采用Levenberg-Marquardt算法对两个工业相机的内外参数进行非线性优化；

根据优化后的内外参数对大尺寸被测进行三维测量。

进一步地，所述利用两个工业相机图像匹配点及两个工业相机变焦前后的匹配点进行两类单应性矩阵估计，包括：

获取两个工业相机采集的单张图像；单张图像上存在多个匹配点；

构建优化后的单应性矩阵：

其中，n为单张图像上匹配点的总数；和分别为两个工业相机采集的单张图像上的第k个匹配点；两个工业相机采集的单张图像之间存在维度为3×3的单应性矩阵H，m₁＝Hm₂。

进一步地，所述根据变焦数学模型和单应性矩阵，计算变焦后两个工业相机的内外参数，包括：

获取单个工业相机变焦前图像上的空间点和变焦后图像上的空间点；

根据以下公式计算单个工业相机变焦缩放系数：