一种单目视觉测量中光笔的现场快速标定方法

摘要

本发明光笔快速现场标定方法只需要测量系统本身的摄像机、k（k≥0）个与光笔上的目标靶点具有相同视觉特征的辅助目标靶点、一个具有m（m≥2）个间距已知的圆锥孔的标定物，摄像机在t（t≥2）个不同的方位对光笔和其周围自由布设的k（k≥0）个辅助靶点拍摄t幅图像，根据拍摄的t幅图像求解出光笔上各靶点在光笔坐标系下相差一个比例因子λ的三维坐标；将标定物置于摄像机有效视场内，保持摄像机和标定物相对位置不变，依次将光笔的球形测头置于标定物上的第i（i=1,2,…,m）个圆锥孔中，每次使光笔绕圆锥孔中的球形测头摆动到不同的l（l≥3）个位置，用摄像机拍摄每个位置光笔靶点图像I_ir（i=1,2,…,m，r=1,2,…,l）共m×l幅图像，利用这m×l幅图像，求出比例因子λ及光笔测头中心在光笔坐标系下的三维坐标，完成整个过程。

主权项

一种单目视觉测量中光笔的现场快速标定方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤一：提供用于单目视觉测量的光笔，所述光笔包括目标靶点，在光笔周围布置与光笔上的目标靶点具有相同视觉特征的k个辅助靶点，k≥0，辅助靶点的个数和摆放位置根据光笔自身靶点的数量和排布形式确定；步骤二：用已精确标定内参数的单目视觉测量系统本身的摄像机对光笔和辅助靶点进行拍摄，获得一幅该摄像机方位下同时含有光笔上靶点和辅助靶点的图像，改变摄像机拍摄方位，重复上述拍摄过程，获得t幅图像，t≥2；步骤三：利用步骤二中拍摄的t幅图像，以第1幅图像拍摄时的摄像机坐标系为世界坐标系，基于多视图几何求解理论计算出光笔上各靶点在世界坐标系中相差一个比例因子λ的三维坐标P_j,j＝1,2，…,n，并根据P_j，j＝1,2，…,n，确定一个光笔坐标系，然后将世界坐标系中的相差一个比例因子λ的各靶点三维坐标P_j变换到光笔坐标系下得到光笔上各靶点在光笔坐标系下相差一个比例因子λ的三维坐标P′_j，j＝1,2，…,n；步骤四：提供一个具有m个间距已知的圆锥孔的标定物，m≥2，将标定物置于单目视觉测量系统摄像机的有效视场内，并保持摄像机和标定物相对位置不变，将光笔的球形测头依次置于标定物的第i个圆锥孔中，i＝1,2,…,m，使球形测头与圆锥孔壁相切，在每一个圆锥孔中时都使光笔绕圆锥孔中的球形测头摆动到不同的l个位置，l≥3，并用单目视觉测量系统的摄像机拍摄光笔靶点图像，共获得m×l幅图像I_ir，i＝1,2,…,m，r＝1,2,…,l；步骤五：利用光笔测头中心位于第i个圆锥孔内时所拍摄的l幅图像，l≥3，以及步骤三中标定出的光笔上各靶点在光笔坐标系下相差一个比例因子λ的三维坐标P′_j，j＝1,2，…,n，标定出光笔测头中心在相差比例因子λ下分别在摄像机坐标系下的三维坐标H_i和在光笔坐标系下的三维坐标H′_i，i＝1,2,…,m；步骤六：对步骤五中得到的光笔测头中心在光笔坐标系下的相差比例因子λ的三维坐标H′_i，i＝1,2,…,m，取平均，得到步骤七：根据步骤五中得到的光笔测头中心位于第i个圆锥孔内时的在摄像机坐标系下的相差比例因子λ的三维坐标H_i，i＝1,2,…,m，利用两点间的直线距离公式计算H_p和H_q之间的距离d_pq，p,q∈{1,2,…,m}且p＜q，用第p个圆锥孔和第q个圆锥孔的实际已知间距D_pq除以d_pq得到λ_pq，然后计算比例因子步骤八：将步骤三中得到的光笔上各靶点在光笔坐标系下相差一个比例因子λ的三维坐标P′_j乘以步骤七中得到的比例因子λ，得到光笔上各靶点在光笔坐标系下的真实尺度的三维坐标P″_j＝λP′_j，j＝1,2，…,n，将步骤六中得到的H′乘以步骤七中得到的比例因子λ，得到光笔球形测头中心在光笔坐标系下的真实尺度的三维坐标H″＝λH′，P″_j，j＝1,2，…,n，和H″即为最终的标定结果，光笔标定过程结束。