[发明专利]一种工业摄影测量系统相机参数移动式标定方法

摘要

一种工业摄影测量系统相机参数移动式标定方法，包括以下步骤S1选择光学靶标；S2构建三维运动机构；S3架设待标定工业摄影测量系统；S4记录工业摄影测量系统采集的光学靶标光学中心的图像坐标；S5由工业摄影测量系统成像模型可知工业摄影测量系统像素坐标系与世界坐标系之间的坐标转换关系S6标定误差计算。

主权项

一种工业摄影测量系统相机参数移动式标定方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：选择光学靶标(3)，该光学靶标(3)需具备可以被工业摄影测量系统(1)识别的光学特征，工业摄影测量是指根据不同角度拍摄的两幅或多幅图像，获取场景中物体三维几何信息的方法；S2：构建三维运动机构，将光学靶标(3)固定在三维运动机构的移动部件上，使得该移动部件可以带动光学靶标进行三维平移运动，采用坐标测量装置(2)构建移动坐标控制场，将光学靶标固定在坐标测量装置(2)的测头上，由坐标测量装置(2)测头带动光学靶标(3)平移运动；S3：架设待标定工业摄影测量系统(1)，根据工业摄影测量系统(1)的测量范围，布局工业摄影测量系统(1)的架设位置，使得光学靶标(3)的运动范围能够覆盖工业摄影测量系统的测量空间，设在三维运动机构初始时刻，光学靶标(3)的空间坐标为(x0,y0,z0)；S4：三维运动机构带动光学靶标(3)在工业摄影测量系统的测量空间内移动，同时由坐标测量装置(2)测量三维运动机构的三维坐标，工业摄影测量系统(1)测量光学靶标(3)的图像坐标；定义世界坐标系各坐标轴与坐标测量装置坐标系平行，世界坐标系的原点为坐标测量装置坐标系的(x0,y0,z0)位置，记录三维运动机构每个运动位置处坐标测量装置的坐标值(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)...(xn,yn,zn)，则在相应位置处光学靶标(3)在世界坐标系下的坐标为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)...(xn,yn,zn)，工业摄影测量系统(1)在每一个运动位置均进行图像采集，记录工业摄影测量系统(1)采集的光学靶标(3)光学中心的图像坐标(u1,v1),(u2,v2)...(un,vn)；S5：由工业摄影测量系统(1)成像模型可知工业摄影测量系统(1)像素坐标系与世界坐标系之间的坐标转换关系，如式(1)所示：ρiuivi1=fc/dx0u000fc/dyv000010RT01xiyizi1...(1)]]>式中：fc是工业摄影测量系统(1)的有效焦距；ρi为第i次测量时工业摄影测量系统(1)坐标系下光学靶标(3)的Z向坐标；同理，ui、vi为第i次测量时工业摄影测量系统(1)像素坐标系下光学靶标光学中心的图像坐标；dx，dy分别是工业摄影测量系统(1)每一个象素点矩形长和宽的物理尺寸大小；(u0,v0)是工业摄影测量系统(1)光轴与成像平面的交点的像素坐标，也是图像的实际中心点位置；R为工业摄影测量系统(1)坐标系到世界坐标系的旋转矩阵；T为工业摄影测量系统(1)坐标系到世界坐标系的平移矩阵；工业摄影测量系统1的畸变模型如式(2)所示：δx=k1u(u2+v2)+k2u(u2+v2)2+k3u(u2+v2)3+(p1(3u2+v2)+2p2uv)δy=k1v(u2+v2)+k2v(u2+v2)2+k3v(u2+v2)3+(p2(u2+3v2)+2p1uv)...(2)]]>其中，前三项为径向畸变，第四项为离心畸变，式中的k1,k2,k3,p1,p2称为非线性畸变系数；根据上述数学模型，带入由S4测得的n个点图像坐标和世界坐标系下的空间坐标，解算大规模非线性方程组，并进行平差优化，可求得工业摄影测量系统(1)相机的内参数：fc，u0，v0，k1，k2，k3，p1，p2，dx，dy，外参数：R，T；S6：标定误差计算，将标定的内参数和外参数以及S4采集得到的图像坐标带入到公式(1)和公式(2)中，解算光学靶标(3)在世界坐标系下的坐标，解算结果(x1',y1',z1'),(x2',y2',z2')...(xn',yn',zn')即为标定后工业摄影测量系统的测量值，以S4测量装置的输出值(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)...(xn,yn,zn)作为标准值，则标定后测量点的测量误差为(Δxi,Δyi,Δzi)＝(x′i‑xi,y′i‑yi,z′i‑zi)，通过n个测量点的测量误差求标准偏差(sx,sy,sz)作为工业摄影测量系统1的测量误差：sx=Σi=1nΔxi2nsy=Σi=1nΔyi2nsz=Σi=1nΔzi2n...(3).]]>