基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系统及方法，系统包括第一摄像机、第二摄像机、第一标定板、第二标定板和标准杆；所述第一标定板和第二标定板上均设有标记点阵列；所述第一标定板和第二标定板均可水平移动地安装在所述标准杆上，所述第一标定板位于所述第一摄像机的视场范围，所述第二标定板位于所述第二摄像机的视场范围。本发明专利技术采用基于多相机阵列的标定方法，即各待测特征点放置一相机，获得各特征点在对应相机坐标系下坐标。然后通过各相机间的位置关系，将各特征点坐标转换到同一相机坐标系中。本发明专利技术标定过程简单，可实现高效、高精度的相机标定，通用性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于相机标定
，特别涉及一种基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的快速标定系统及方法。
技术介绍
工业现场中，大尺寸零件加工与装配尺寸的在线测量对检测效率与精度提出了很高要求。由于视觉测量的视野与精度的矛盾关系，现有的测量方法常借助于移动导轨、柔性机械臂等可控运动装置与摄像机配合，通过移动相机或被测零件，实现大视野大尺寸的测量，但这势必降低测量效率，运动精度也会影响最终的标定精度。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种简单、高效、高精度、通用的基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系统及方法。本专利技术的系统所采用的技术方案是：一种基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系统，其特征在于：包括第一摄像机、第二摄像机、第一标定板、第二标定板和标准杆；所述第一标定板和第二标定板上均设有标记点阵列；所述第一标定板和第二标定板均可水平移动地安装在所述标准杆上，所述第一标定板位于所述第一摄像机的视场范围，所述第二标定板位于所述第二摄像机的视场范围。作为优选，所述标准杆上设置有两组定位孔：第一组定位孔和第二组定位孔，所述第一标定板和第二标定板分别通过所述第一组定位孔和第二组定位孔配合定位销固定在所述标准杆上。作为优选，所述标记点为圆形标记点，所述标记点阵列为按M列×N行排列的阵列，M、N均为奇数，标记点阵列中心标记点直径为r1，标记点阵列中间列最下端标记点和第一行最右端标记点直径为r3，剩余标记点直径均为r2，r1<r2<r3。本专利技术的方法所采用的技术方案是：一种基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：分别采用第一摄像机和第二摄像机拍摄位于其视场范围内的第一标定板和第二标定板的影像，构建第一摄像机坐标系、第二摄像机坐标系；基于第一标定板所处位置建立第一物体坐标系O1-Xo1Yo1Zo1，其中，O1-Xo1Yo1表示第一标定板所在平面，O1为第一标定板中心特征点，O1Xo1、O1Yo1分别与第一标定板的两条相垂直的对称轴重合；同理基于第二标定板所处位置建立第二物体坐标系O2-Xo2Yo2Zo2；所述特征点即标记点中心；步骤2：根据摄像机小孔成像理论获得特征点的像素坐标和在第一物体坐标系下物点坐标的关系：s1u1v11=A1G1xo1yo11=H1xo1yo11---(1);]]>其中：所述特征点即标记点中心，s1表示比例因子，(u1,v1)表示第一标定板特征点的像素坐标，(xo1,yo1,zo1)表示第一标定板上特征点在第一物体坐标系下坐标，zo1＝0；A1=αx10u010αy1v01001,]]>由摄像机内参决定，αx1和αy1分别表示第一摄像机横向和纵向的等效像素焦距；G1为位置矩阵，由旋转矩阵向量和平移向量决定，r11r14r17r12r15r18T]]>表示旋转矩阵向量，[t1xt1yt1z]T表示平移向量；H1表示第一标定板特征点在第一标定板影像上像素点集和在第一物体坐标系下特征点集间的位置变换矩阵；步骤3：基于第一标定板特征点在第一标定板影像上像素点集和在第一物体坐标系下特征点集，经奇异值分解求解矩阵H1初值，经LM法优化得矩阵H1；步骤4：基于矩阵H1，利用公式(1)获得反映第一摄像机坐标系与第一物体坐标系间位置关系的位置矩阵G1，并获得第一标定板上特征点在第一摄像机系下坐标；步骤6：根据第一组定位孔和第二组定位孔间的位置关系获知第一物体坐标系和第二物体坐标系间的位置关系，从而获得第一标定板上特征点在第二摄像机坐标系下坐标；步骤7：采用向量H表示第一摄像机坐标系和第二摄像机坐标系间的位置关系xc1yc1zc11=Hxc12yc12zc121,]]>基于第一标定板上特征点在第一摄像机坐标系和第二摄像机坐标系下坐标集，经奇异值分解求解矩阵H初值，经LM法优化获得矩阵H。为提高标定效率和标定精度，本专利技术采用基于多相机阵列的标定方法，即各待测特征点放置一相机，获得各特征点在对应相机坐标系下坐标。然后通过各相机间的位置关系，将各特征点坐标转换到同一相机坐标系中。多相机间位置关系的确定则是本专利技术标定方法所解决的技术难点。和现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：标定过程简单，可实现高效、高精度的相机标定，通用性好。附图说明图1为本专利技术实施例的系统原理示意图；图2为本专利技术实施例的标定板(第一标定板和第二标定板)以及标定板上标记点分布图。具体实施方式为使本专利技术目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请见图1和图2，本专利技术提供的一种基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系统，包括第一摄像机、第二摄像机、第一标定板、第二标定板和标准杆；第一标定板位于第一摄像机的视场范围，第二标定板位于第二摄像机的视场范围。第一标定板和第二标定板上均设置有圆形标记点阵列，标记点阵列为按M列×N行排列的阵列，M、N均为奇数，标记点阵列中心标记点直径为r1，标记点阵列中间列最下端标记点和第一行最右端标记点直径为r3，剩余标记点直径均为r2，r1<r2<r3；标准杆上设置有两组定位孔：第一组定位孔和第二组定位孔，第一标定板和第二标定板分别通过第一组定位孔和第二组定位孔配合定位销固定在标准杆上。下面结果附图对本专利技术的方法做进一步的阐述：请见图1，建立第一摄像机坐标系Oc1-Xc1Yc1Zc1，其中，Oc1为第一摄像机光心，Oc1Zc1与第一摄像机光轴重合，Oc1Xc1、Oc1Yc1分别与第一摄像机图像传感器的横轴和纵轴平行。采用同样的方法建立第二摄像机坐标系Oc2-Xc2Yc2Zc2，即Oc2为第二摄像机光心，Oc2Zc2与第二摄像机光轴重合，Oc2Xc2、Oc2Yc2分别与第二摄像机图像传感器的横轴和纵轴平行。由于第一组定位孔和第二组定位孔间位置关系为平移关系，则可采用平移向量t表示第一组定位孔和第二组定位孔的位置关系。当然，在定位孔加工完成后，采用三坐标测量机获得两组定位孔间的位置关系[R,t]，由于两组定位孔间为平移位置关系，所以这里可忽略旋转矩阵向量R。定位时，每组定位孔中选择两个定位孔将标定板固定于标准杆，即在第一组定位孔和第二组定位孔中分别选择两个位置对应的定位孔，分别用来将第一标定板和第二标定板固定于标准杆，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系统，其特征在于：包括第一摄像机、第二摄像机、第一标定板、第二标定板和标准杆；所述第一标定板和第二标定板上均设有标记点阵列；所述第一标定板和第二标定板均可水平移动地安装在所述标准杆上，所述第一标定板位于所述第一摄像机的视场范围，所述第二标定板位于所述第二摄像机的视场范围。

【技术特征摘要】
1.一种基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系统，其特征在于：包
括第一摄像机、第二摄像机、第一标定板、第二标定板和标准杆；所述第一标定
板和第二标定板上均设有标记点阵列；所述第一标定板和第二标定板均可水平移
动地安装在所述标准杆上，所述第一标定板位于所述第一摄像机的视场范围，所
述第二标定板位于所述第二摄像机的视场范围。
2.根据权利要求1所述的基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系统，
其特征在于：所述标准杆上设置有两组定位孔：第一组定位孔和第二组定位孔，
所述第一标定板和第二标定板分别通过所述第一组定位孔和第二组定位孔配合
定位销固定在所述标准杆上。
3.根据权利要求1或2所述的基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定系
统，其特征在于：所述标记点为圆形标记点，所述标记点阵列为按M列×N行排
列的阵列，M、N均为奇数，标记点阵列中心标记点直径为r1，标记点阵列中间列
最下端标记点和第一行最右端标记点直径为r3，剩余标记点直径均为r2，
r1<r2<r3。
4.一种基于多相机阵列大尺寸视觉测量系统的标定方法，其特征在于，包括
以下步骤：
步骤1：分别采用第一摄像机和第二摄像机拍摄位于其视场范围内的第一标
定板和第二标定板的影像，构建第一摄像机坐标系、第二摄像机坐标系；基于第
一标定板所处位置建立第一物体坐标系O1-Xo1Yo1Zo1，其中，O1-Xo1Yo1表示第
一标定板所在平面，O1为第一标定板中心特征点，O1Xo1、O1Yo1分别与第一标定
板的两条相垂直的对称轴重合；同理基于第二标定板所处位置建立第二物体坐标
系O2-Xo2Yo2Zo2；所述特征点即标记点中心；
步骤2：...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆华，陈慧，何涛，赖科学，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42