[发明专利]一种适用于图谱及结构信息同步探测系统的相机标定方法

摘要

一种适用于图谱及结构信息同步探测系统的相机标定方法，该方法利用相位条纹靶标生成与图像逐像素对应的密集标志点，利用神经网络算法建立图像像点与对应空间直线的映射关系并求解激光光平面方程。由于不需要显式地计算含有明确物理意义的相机内外参数，且不需要对成像畸变形式进行建模，因此该方法不仅适用于图谱及结构信息同步探测系统，对于其他光学系统结构复杂，尤其包含非轴对称光学器件的成像系统，该方法相比于传统的相机标定过程能够显著提高标定精度。

主权项

1.一种适用于图谱及结构信息同步探测系统的相机标定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制作带有水平和竖直正弦条纹的平面靶标，记为靶标1和靶标2，制作不含条纹的平面靶标，记为靶标3；2)将靶标1放置于三轴转台上，转台置于电动位移台上，利用光学准直方法调节转台，使得靶标1的法线方向与电动位移台的移动方向平行；3)建立右手世界坐标系，使坐标原点位于靶标1所在平面内，z轴平行于靶标1法线方向，x轴平行于水平方向；4)利用位移台将靶标1移动到探测系统景深内适当位置，记录位移量，即为当前靶标平面在世界坐标系内的z坐标；5)用探测系统拍摄靶标1上的水平条纹，得到条纹图像；6)用靶标2在相同位置处替换靶标1，拍摄竖直条纹，得到竖直条纹图像；7)用靶标3在相同位置处替换靶标2，拍摄激光光平面与靶标3的激光交线，得到激光光条图像；8)利用水平与竖直条纹图像，采用相位解算算法，逐像素计算图像点的相位坐标，根据靶标上相位条纹的空间分布，得到每个图像像素在靶标平面上对应点的x,y空间位置坐标。9)利用神经网络算法建立图像坐标与靶标位置处x,y空间位置坐标的映射关系：(x,y)＝F(u,v)其中，(u,v)为任一像点的图像坐标，(x,y)为靶标平面上对应点的x，y空间位置坐标；10)重复上述步骤4‑步骤9，依次建立图像坐标与不同靶标平面处x,y空间位置坐标的映射关系，记为映射Γ：其中，(u,v)为任一像点的图像坐标，(xn，yn)为该像点在第n个靶标平面上的对应物点；11)对于图像平面上任一像点P0(u，v)，分别计算其在不同靶标平面处的对应点P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),……,Pn(xn,yn,zn),其中x，y坐标由映射Γ计算得到，z坐标由电动位移台位移量提供；12)利用P1,P2,……,Pn的空间位置坐标拟合直线l0,得到像点P0对应的空间直线l0的直线方程，即得到任意像点与其对应空间直线的映射关系；13)提取步骤7拍摄得到的激光光条的图像坐标，利用映射Γ与电动位移台提供的z坐标，得到激光光平面与靶标3在不同位置的交线上激光点的三维坐标，由于这些激光点都位于激光光平面上，利用平面拟合算法得到激光光平面方程。14)记录像点与其对应空间直线的映射关系和标定得到的激光光平面方程，完成图谱及结构信息同步探测系统的相机标定。