[发明专利]一种基于单LED发光点和二维转台的复眼系统标定装置及标定方法

说明书

本发明公开了一种基于单LED发光点和二维转台的复眼系统标定装置及标定方法，标定装置系统由LED、二维转台和被测复眼系统等组成，二维转台包括支撑框架、高精度电机和配套驱动器，被标定的复眼系统安装在转台横轴的末端。标定过程中，计算机通过控制驱动器驱动转台转动，采集两电机不同转动角度下复眼捕获的目标图像，计算图像光斑中心坐标，记录转台电机转动角度与相应的斑点坐标，通过数学模型，建立两者映射关系。本发明可以构建覆盖复眼全视场的高精度靶标，能够统一众多子眼的坐标系，无需考虑复杂的系统成像和畸变模型，可以实现无人值守自动化标定，能够完成子眼多、畸变复杂、大视场的复眼系统的精确标定，且标定装置简单，标定精度高。

技术领域

本发明属于机器视觉领域，具体涉及一种基于单LED发光点和二维转台的复眼系统标定装置及标定方法。

背景技术

自然昆虫复眼以其大视场、运动高度敏感性和结构紧凑等优点在工业、安防、军事等领域具有极大的潜在应用价值。为此我们设计了一种新型仿生复眼装置，如附图1所示，系统保留了自然昆虫复眼的子眼曲面分布特点；并引入弯月透镜，使光线更加垂直的照射到图像传感器上；半球形复眼球壳上共分布141个子眼，子眼采用对数型锥透镜，以提高光斑聚焦特性；所有子眼共用一个CMOS相机，图像传感器分辨率为2048pixel×2048pixel，像元大小12μm×12μm。复眼装置尺寸约为110mm×110mm×80mm，总体视场为100°×100°，捕获的图像可以通过USB接口传输到计算机中。

复眼系统各子眼成像不可避免的会存在非线性畸变，为了使用这套装置能够进行目标点探测定位等工作，需要先对其进行标定。在机器视觉应用中，相机标定的目的是为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系。为了确定复眼系统中图像点与空间点的对应关系，复眼的标定需要解决的问题包括：如何建立每个子眼通道图像光斑与入射光线矢量的关系；怎样才能统一众多子眼坐标系；怎么减少对众多子眼标定耗费的大量时间与资源。

目前常用的相机标定方法主要是先构造成像模型和畸变模型，然后采用基于径向约束、2D靶标、交比不变性等一系列标定方法求解这些相机模型中的内、外和畸变参数，从而建立图像与空间点的关系。而在复眼系统中，子眼数目众多，越靠近球壳边缘子眼的畸变越大越复杂，如果分别对每个子眼标定，面临模型难以构造，子眼坐标系众多，标定工作量大等问题；同时在复眼大视场内进行标定，需要的大尺度靶标价格昂贵，同时靶标精度难以保证。因此这些常见标定方法不能适用于此场合。

考虑到复眼系统标定的复杂性，因此，必须设计一套标定高精度、坐标系统一、自动化运行的标定装置和对应的高效灵活的标定方法。

需要根据仿生复眼系统结构特点，设计一套标定装置和对应的标定方法，不再需要集中于如何求解系统具体的成像和畸变参数，从而克服现有标定方法的不足，实现构造覆盖复眼全视场范围的高精度靶标，通过软件控制实现标定过程的自动化运行，实现在统一坐标系下建立每个子眼通道光斑点与靶点角度之间的非线性对应关系，从而解决子眼多、畸变复杂、视场大的复眼系统的标定问题，同时提高标定效率，减小系统标定误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有标定方法的不足，提供一套标定高精度、坐标系统一、自动化运行的标定装置和对应的高效灵活的标定方法，实现近景大视场下复眼系统的精确标定，且标定装置简单，标定精度高。