一种基于向量法和三点共线的相机标定方法

摘要

本发明提供了一种基于向量法和三点共线的相机标定方法，利用向量法标定光轴向量，取代标定旋转矩阵，通过解析几何理论解算空间点三维坐标实现结构光视觉测量，进而实现相机的标定。本发明速度快，精度高，尤其适用于一些工作环境恶劣的场合的相机标定。

主权项

一种基于向量法和三点共线的相机标定方法，包括：1)建立世界坐标系；2)测量所述相机的光心O在世界坐标系中的坐标O＝(X Y Z)；3)制作标定物，在所述相机前定位一根标杆，在所述标杆上定位共线三点P₁、P₂、P₃；4)拍摄所述共线三点的图像，检测所述共线三点P₁、P₂、P₃的像素坐标p₁、p₂、p₃；5)利用所述共线三点标定图像主点横向坐标U₀和相机光轴向量其中，在步骤5)中，所述的标定包括以下步骤：5.1)计算焦距f和图像主点横向坐标U₀；5.2)计算相机光轴向量其特征在于，所述步骤5.1)进一步包括：根据相机透视投影原理得$\tan \alpha =\frac{(U_3-U_2)*{\mathrm{sin\theta }}_1*\sin ({\theta }_1+{\theta }_2)}{(U_2-U_1)*{\mathrm{sin\theta }}_2-(U_3-U_2)*{\mathrm{sin\theta }}_1*\cos ({\theta }_1+{\theta }_2)}---\left(2\right)$其中θ₁，θ₂分别为光心O与投影点p₁、p₂、p₃之间形成的夹角∠p₁Op₂、∠p₂Op₃，U₁、U₂、U₃为投影点p₁、p₂、p₃的像素坐标，令U₁＜U₂＜U₃；由式(1)和(2)得：$U_0=U_1+\frac{\tan \alpha +\tan ({\theta }_1+{\theta }_2)}{({\tan }^2\alpha +1)*\tan ({\theta }_1+{\theta }_2)}(U_3-U_1)---\left(3\right)$$f=\frac{\tan \alpha +\tan ({\theta }_1+{\theta }_2)}{({\tan }^2\alpha +1)*\tan ({\theta }_1+{\theta }_2)}*\tan \alpha *(U_3-U_1)*dx---\left(4\right)$其中，ɑ为光心O与投影点之间形成的夹角∠Op₁p₂。