三维扫描系统中的基于固定参数与可变参数的标定方法

摘要

一种三维扫描系统中的基于固定参数与可变参数的标定方法涉及视觉系统中的摄像机模型参数的标定问题，其标定步骤包括：(1)标定固定参数，即首先通过图象处理技术获取图像坐标系中的圆轮廓上采样点与圆心的坐标，然后，利用图像坐标系中圆轮廓上的n个采样点，再利用最小二乘法求解纵横比；(2)在求得摄像机的固定参数后，利用图像坐标系中点的图像坐标与其对应的世界坐标系中点的空间坐标，标定摄像机可变参数的初值，该初值包括等效焦距、主点坐标、轴间倾斜因子、畸变系数以及外部参数；(3)标定出可变参数的初值后，以固定参数为非线性优化目标函数的一个约束，建立带约束的目标函数，通过非线性优化方法求解可变参数的最优解。

主权项

1、一种三维扫描系统中的基于固定参数与可变参数的标定方法，其特征在于：步骤1：首先垂直拍摄标准模板圆，提取图像坐标系中的圆轮廓，利用最小二乘法对提取的圆轮廓进行曲线拟合，得到图像坐标系下的圆心坐标，然后，利用像平面与图像平面的对应关系，将像平面上圆轮廓方程：(xi-xc)2+(yi-yc)2＝r2，i＝1，2，3，…，n变换为用图像坐标表示的圆轮廓方程：[μx(ui-uc)]2+[μy(vi-vc)]2＝r2，i＝1，2，3，…，n其中(xi，yi)，i＝1，2，3，…，n为像平面圆轮廓上点的坐标，(xc，yc)为圆心坐标，r为半径，ui，vi，uc，vc分别表示图像中拟合圆轮廓点的横坐标、纵坐标、圆心横坐标与纵坐标，r是图像平面上拟合圆的半径，μx，μy为每一个像素在u轴和v轴方向上的物理尺寸，令τxy＝μx/μy，由μx，μy的定义知τxy就是待标定的纵横比，则可得到：${\left[{\tau }_{\mathrm{xy}}(u_i-u_c)\right]}^2+{(v_i-v_c)}^2=\frac{r^2}{{\mu }_y^2},i=\mathrm{1,2,3},···,n$ 最后，利用图像坐标系中圆轮廓上的n个采样点，再利用最小二乘法得到纵横比τxy；步骤2：在求得摄像机的固定参数τxy后，利用图像坐标系中点的图像坐标与其对应的世界坐标系中点的空间坐标，求解单应性矩阵，然后根据单应性矩阵标定摄像机可变参数的初值，该初值包括等效焦距、主点坐标、轴间倾斜因子、畸变系数以及外部参数；步骤3：标定出可变参数的初值后，以固定参数为非线性优化目标函数的一个约束，建立带约束的目标函数：通过非线性优化方法求解可变参数的最优解。