一种基于复合型平面靶标的小尺寸视觉测量的摄像机标定方法

摘要

本发明属于测量技术领域，涉及一种基于复合型平面靶标的小尺寸视觉测量的摄像机标定方法。本发明设计的复合型平面靶标由一个黑色方块和一个白色圆斑构成，白色圆斑的中心的与黑色方块的中心重合，圆斑半径小于黑色方块；利用点与圆的切点具有透视投影不变性的特点，本发明设计的复合型平面靶标产生多达12个具有透视投影不变性的高精度标定点；利用产生的12个标定点的世界坐标和图像坐标，采用非线性优化方法对摄像机进行标定。本发明设计的靶标结构简单，成本低，能够适用于各种不同视场大小的视觉测量的摄像机标定。

主权项

1、一种基于复合型平面靶标的小尺寸视觉测量的摄像机标定方法，其特征在于，1. 1、设定复合型平面标定靶标，所说的靶标有一个承载标定点的平面基底，平面基底由玻璃或陶瓷材料构成，在该基底上有一个黑色方块和一个白色圆斑，有白色圆斑的中心的与黑色方块的中心重合，黑色方块边长为8mm～20mm，精度为0.005mm，圆斑半径为4mm～10mm，精度为0.005mm，圆斑半径小于黑色方块；1. 2、选取靶标上黑色方块的4个顶点以及4个顶点与白色圆斑的8个切点为标定点；1. 3、获取步骤1.2所说的标定点的世界坐标，具体步骤如下：第一步，以靶标上黑色方块的4个顶点中任意一个顶点为原点，建立世界坐标系，根据靶标的具体尺寸，计算其余3个顶点的世界坐标；计算黑色圆斑对应圆在世界坐标系下的方程；第二步，根据靶标上黑色方块的4个顶点的世界坐标和白色圆斑对应圆在世界坐标系下的方程，分别计算每个顶点与白色圆斑的2个切点，总共获得8个切点的世界坐标，加上步4个顶点，共得到12个标定点的世界坐标；1. 4、在摄像机的视场范围内，自由移动靶标至少3个位置，每移动一个位置，拍摄一幅图像，称为标定图像，要求靶标上的黑色方块和白色圆斑包含在标定图像内；1. 5、提取所有标定图像的标定点的图像坐标，具体步骤如下：第一步，空间中的方块的透视投影为四边形，提取标定图像中的四边形的4个顶点的图像坐标，并与顶点的世界坐标对应；第二步，空间圆的透视投影为椭圆，提取标定图像中的椭圆特征，获得椭圆在图像坐标系下的方程；第三步，在图像坐标系下，计算4个顶点与椭圆的切点，获得8个切点的图像坐标，并与切点的世界坐标对应；1. 6、利用步骤1.5提取的所有标定点的图像坐标及对应的世界坐标标定摄像机参数，将摄像机参数保存在参数文件中，以备测量调用。