[发明专利]一种基于激光跟踪仪的大视场摄像机标定方法

摘要

本发明属于视觉测量领域，涉及一种基于激光跟踪仪的大视场摄像机标定方法。本方法根据激光跟踪仪的特点制作标定板；用摄像机拍摄不同位置和角度的标定板图像，标定板分布位置布满摄像机视场；利用角点检测工具软件对标定板进行角点检测，选用标定板中心区域的角点检测结果；利用标定板四角的靶球坐标计算标定板中心区域的角点的世界坐标系坐标；利用直接线性变换法计算摄像机内部矩阵和外部矩阵，迭代计算径向畸变系数，得到高精度的标定结果。本发明可解决线性变换法在大视场标定需求下需要制作大型高精度标定板的问题，同时激光跟踪仪的测量特点有利于标定板摆放适当的角度，提高了可操作性和标定精度。本方法适用于大视场摄像机的标定。

主权项

1.一种基于激光跟踪仪的大视场摄像机标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)制作单元格为正方形的棋盘格标定板；制作黑白棋盘格标定板，设棋盘格角点个数为Length×Height，Length表示标定板列数，Height表示标定板行数，标定板单元格为正方形，在标定板的4个顶点安装激光跟踪仪的靶球底座，设靶球底座的底板厚度与靶球半径之和为L，则L表示靶球中心到棋盘格顶点的空间距离；2)现场采集数据，使用摄像机拍摄包含标定板的图片，使用激光跟踪仪采集标定板顶点上靶球中心的世界坐标系坐标，具体步骤如下：2‑1)在摄像机视场中选择位置稳定摆放步骤1)制作的标定板，摆放的位置和角度以摄像机能完整拍摄到标定板、激光跟踪仪能测量到标定板4个顶点上的靶球和标定板与摄像机拍摄角度呈45°到90°范围内为准；2‑2)使用摄像机拍摄包含标定板的图片，设为图片pic_1，使用激光跟踪仪测量4个顶点的靶球中心的世界坐标系坐标，设先从左到右再从上到下4个靶球分别为a,b,c,d，设a点的世界坐标系坐标为Pa1＝(xa1,ya1,za1)，4个靶球的世界坐标系坐标依次表示为Pa1、Pb1、Pc1、Pd1，即为激光跟踪仪测量所得的标定板4个顶点对应的靶球中心的世界坐标系坐标；2‑3)重复步骤2‑1)和2‑2)，每次更换标定板的位置和角度并采集数据，使标定板分布布满整个摄像机视场空间，设采集n组数据，则得到n张图片pic_1～pic_n，n组标定板顶点对应的靶球中心的世界坐标系坐标Pai＝(xai,yai,zai)、Pbi、Pci、Pdi，其中i＝1～n；3)检测标定板角点的图像坐标系原始坐标：使用棋盘格角点检测工具软件，对步骤2)得到的图片进行亚像素的角点检测，检测的角点为Length×Height的棋盘格除去四条边上的角点外剩余中心区域的k个角点，设k＝(Length‑1)×(Height‑1)，先从左到右再从上到下k个角点为J1～Jk，角点J1的图像坐标系原始坐标为Q1＝(u'1,v'1)，则k个角点的图像坐标系原始坐标为Q1～Qk，重复步骤3)，直至得到所有n张图片中可用角点的图像坐标系原始坐标，设得到的坐标为Qji＝(u'ji,v'ji)，其中j＝1～k，i＝1～n；4)利用步骤2)得到的n组标定板顶点对应的靶球中心的世界坐标系坐标，计算标定板4个顶点的世界坐标系坐标和标定板除去四条边以外的中心区域的角点的世界坐标系坐标；5)根据步骤3)和步骤4)得到的一一对应的角点图像坐标系原始坐标和角点世界坐标系坐标，对摄像机进行标定，获得摄像机内参数矩阵M1_final、外参数矩阵M2_final和径向畸变系数q1_final、q2_final；6)解出摄像机内参数矩阵M1_final、外参数矩阵M2_final和径向畸变系数q1_final、q2_final，大视场摄像机标定完成。