基于单目视觉间接标定方法的自由平面尺寸测量方法

摘要

本发明涉及基于单目视觉间接标定方法的自由平面尺寸测量方法，该方法通过标定相机的内参数、标定工作平台与相机之间的变换矩阵和测量待测平面相关的尺寸参数，求得待测平面与相机坐标系之间的变换矩阵，最后利用单目视觉原理测量待测平面的点、线等特征。本方法的优势：硬件简单——系统仅由单个摄像机和一块标定板构成；运算速度快——较双目测量重建计算而言，该单目重建方法计算速度更快；测量系统柔性高——针对不同的被测工件只需对应地修改工件尺寸参数，间接地标定被测平面。

主权项

一种基于单目视觉间接标定方法的自由平面尺寸测量方法，其特征包括以下步骤：步骤S01：相机依次拍摄标定板处于若干个不同方位的图像，利用这些图像完成相机的标定；步骤S02：将标定板置于工作平台上，相机拍摄标定板图像，并由此标定相机系与参考平面系之间的外参数；步骤S03：测量与被测平面相关的尺寸、方位参数，包括：参考点高度，平面倾斜角θ和平面倾斜线的方位角β；步骤S04：根据步骤S03获得的参数，完成物体坐标系和参考平面坐标系之间的外参数标定；并由步骤S02的标定结果，完成相机系与物体坐标系的间接标定；步骤S05：利用单目重建原理和标定得到的系统内、外参数，对待测平面的点、线特征进行测量；所述步骤S02是通过MATLAB标定工具箱得到相机系o_c‑x_cy_cz_c与参考平面坐标系o’‑x’y’z’之间的变换矩阵R_c(3×3)和T_c(3×1)，它们满足以下关系：X_c＝R_cX_r+T_c       (1)其中，$X_c=\left(\begin{array}{c}{x}_c\\ y_c\\ z_c\end{array}\right)$和$X_r=\left(\begin{array}{c}{x}_r\\ y_r\\ z_r\end{array}\right)$分别为某一空间点Q在相机系和参考平面系下的坐标；确定参考平面系o’‑x’y’z’与物体坐标系o₁‑x₁y₁z₁之间的坐标变换矩阵R_r、T_r包括以下步骤：步骤S41：测量参考点O₁相对工作平台的高度h；步骤S42：测量待测平面相对工作平台的倾斜角θ；测得待测平面倾斜方向上的两点A、B相对于工作平台的高度h₁和h₂，并测得两点的距离L，则平面的倾角可由下式计算得到$\theta =\arcsin \left(\frac{h_2-h_1}{L}\right)---\left(2\right)$步骤S43：计算参考点O₁相对于参考平面系的x’、y’坐标a、b。