本实用新型专利技术公开了一种用于立体视觉测量的线阵相机标定装置，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述用于立体视觉测量的线阵相机标定装置包括光学导轨(1)和标定架组件(3)，光学导轨(1)的长度方向与X轴平行，标定架组件(3)含有依次连接的固定直杆(31)、滑动直杆(32)和标定直条(33)，固定直杆(31)与Z轴平行，光学导轨(1)上设有多个用于安装线阵相机(21)的相机安装座(2)，标定直条(33)的工作面上设有标定特征点阵列。该用于立体视觉测量的线阵相机标定装置及标定方法实现了对用于立体视觉测量的多个线阵相机的快速、高精度全局标定，提高了立体视觉测量系统的测量精度。
【技术实现步骤摘要】
一种用于立体视觉测量的线阵相机标定装置
本技术涉及机器视觉测量
，具体的是一种用于立体视觉测量的线阵相机标定装置。
技术介绍
视觉测量是以计算机视觉为理论基础、采用先进图像传感器通过高速实时图像采集以及高性能图像处理、分析和计算实现空间几何尺寸的精确测量和定位的技术，具有非接触、测量精度高、响应速度快、大量程、高效率、全自动等优点，目前已越来越广泛应用于航空航天、军事装备、生物医疗、目标识别、装备制造、工业测量和自动化控制等诸多领域。视觉测量技术主要包括基于面阵相机和结构光的结构光视觉测量技术和基于两个或多个线阵相机的立体视觉测量技术。立体视觉测量是采用多个相机从不同角度获取物体的数字图像，基于视差原理恢复出物体三维几何信息。与面阵相机输出的二维图像不同，线阵相机的一维芯片输出一维图像信息，其具有视场宽、分辨率高、采样频率高、数据量小等无可比拟的优势，基于两个或多个线阵相机的立体视觉测量技术广泛应用于高精度测量领域。相机标定是视觉测量的关键技术之一，其标定结果的精度直接影响到视觉测量系统最终结果的准确性。相机标定的依据是根据空间几何变换和相机成像模型建立的相机模型，相机模型描述了物体的空间坐标和物体在相机芯片成像后的像素坐标之间的几何关系，空间坐标和像素坐标之间通过一个相机投影矩阵联系。相机标定的过程是：根据已知空间坐标的标定特征点和其成像后对应的像素坐标，建立起关于标定特征点空间坐标和像素坐标的方程组，通过解超定线性方程组获得相机投影矩阵的各项参数，进一步还可获得相机内外参数矩阵的参数。实际测量时，根据被测物体的成像像素坐标和相机投影矩阵即可计算出被测物体的空间坐标。对于立体视觉测量而言，例如双目立体视觉测量，实际测量时根据被测物体分别在两个相机成像后的像素坐标，可分别得到两个相机的被测物体的空间物像直线方程，被测物体的空间坐标即两个空间物像直线的交点，通过联立两个直线方程即可解得。目前，面阵相机的标定方法研究较多，其标定技术发展相对成熟，但线阵相机的标定方法研究还很少。如何能够减轻标定劳动强度，并且保持相机的标定状态与使用状态完全一致，降低对标定设备的要求，成为线阵相机标定技术的主要研究方向。对于由两个或多个线阵相机构成的立体视觉测量系统，其相当于视觉测量站，可实现大型物体尺寸和形位参数的测量，解决大范围空间坐标的现场测量。全局标定是这种多传感器立体视觉测量系统成功的关键，决定了整个系统的测量精度。全局标定是把各个视觉传感器的测量数据统一到一个总体世界坐标系中，因此必须确定各个视觉传感器相对这一总体视觉坐标系的位置与方向，进一步建立被测物体在总体世界坐标系中的空间坐标和各个视觉传感器成像的像素坐标的几何关系。
技术实现思路
为了解决现有线阵相机标定效率低的问题，本技术提供了一种用于立体视觉测量的线阵相机标定装置，该用于立体视觉测量的线阵相机标定装置及标定方法实现了对用于立体视觉测量的多个线阵相机的快速、高精度全局标定，建立了准确可靠的被测物体在总体世界坐标系中的空间坐标和各线阵相机的成像像素坐标之间的几何关系，提高了立体视觉测量系统的测量精度。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于立体视觉测量的线阵相机标定装置，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述用于立体视觉测量的线阵相机标定装置包括光学导轨和标定架组件，光学导轨的长度方向与X轴平行，标定架组件含有依次连接的固定直杆、滑动直杆和标定直条，固定直杆与Z轴平行，固定直杆与光学导轨连接，固定直杆与滑动直杆平行，滑动直杆能够沿Z轴方向运动，标定直条与X轴平行，光学导轨上设有多个用于安装线阵相机的相机安装座，标定直条的工作面朝向相机安装座，标定直条的工作面上设有标定特征点阵列。沿Y轴方向，光学导轨位于固定直杆和相机安装座之间，滑动直杆位于固定直杆和标定直条之间，光学导轨和滑动直杆位于固定直杆的同一侧。光学导轨和标定直条均呈水平状态，固定直杆和滑动直杆均呈竖直状态，固定直杆的下端与光学导轨连接固定，滑动直杆与固定直杆滑动连接，滑动直杆固定于固定直杆的上部。滑动直杆位于光学导轨的上方，固定直杆内设有用于滑动直杆滑动的滑槽，沿X轴方向，固定直杆的下端位于光学导轨的中点，滑动直杆的上部位于标定直条的中点。光学导轨上设有两个相机安装座，两个相机安装座位于光学导轨的同一侧，两个相机安装座在固定直杆的两侧互为镜像，相机安装座内设有线阵相机，线阵相机的镜头朝向标定直条。固定直杆上设有能够测量标定直条与光学导轨之间距离的刻度标尺或光栅尺，光学导轨上设有能够测量标定直条与光学导轨之间距离的激光测距仪或激光跟踪仪。标定直条的工作面与X轴和Y轴所在的平面平行，该标定特征点阵列为多个间隔设置的条柱，所述多个间隔设置的条柱沿X轴方向依次排列，每个条柱的大小和形状均相同，条柱的长度方向与Y轴方向相同，相邻的两个条柱之间的距离相等，该标定特征点为条柱。本技术的有益效果是：首先，建立了用于立体视觉测量的线阵相机的标定装置和标定方法。一方面，光学导轨提供了标定和测量的光学基准，线阵相机模块固定于光学导轨，这样保证了线阵相机的标定状态与使用状态完全一致，提供了一种可应用于现场实际测量场景的可靠的原位标定方法及标定装置，有效保证了标定精度；另一方面，提供的标定方法避免了各线阵相机分别对标定靶标进行拍摄，再根据各线阵相机的内部参数进行标定，简化了标定过程，提高了标定的准确性和效率。其次，与现有技术中采用具有单一标定物的标定架通过在光学导轨上人工横向移动和垂向移动的标定方式相比，本技术提供的标定装置的标定架模块的固定直杆在标定过程中是固定于光学导轨上无须横向移动的，标定直条提供了具有不同横向空间坐标的标定特征点阵列，标定过程中仅需要沿固定直杆上下移动滑动直杆实现标定直条相对光学导轨的高度变化。因此，本技术的标定过程中无须将包括固定直杆在内的标定架模块从光学导轨上拆卸下来，极大的减轻了相机标定的工作量，大幅提高了标定效率。另一方面，与传统的人工横向移动标定架形成不同的横向坐标的方式相比，本技术提供的标定直条包含标定所需的标定特征点阵列，该阵列沿长度方向等间距布置，其实现方式包括标定目标杆阵列和间隔设置相互平行的黑白图案，其制作方式为精密机械加工或者高精度激光印刷，这种方式相比传统人工移动设置横向坐标的方式大大提高了标定特征点的横向空间坐标精度。综上两个方面，本技术提供了一种高精度、实用、快速的用于立体视觉测量的线阵相机标定装置及标定方法。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1是本技术所述用于立体视觉测量的线阵相机标定装置的左视图。图2是本技术所述用于立体视觉测量的线阵相机标定装置的立体示意图。图3是本技术所述用于立体视觉测量的线阵相机标定装置的使用状态示意图。图4是标定直条的一种实现方式的示意图。图5是标定直条的另一种实现方式的示意图。图6是用于立体视觉测量的线阵相机坐标轴转换示意图。图7是相机安装座的结构示意图。1、光学导轨；2、相机安装座；3、标定架组件；21、线阵相机；22、上座体；23、下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于立体视觉测量的线阵相机标定装置，其特征在于，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述用于立体视觉测量的线阵相机标定装置包括光学导轨(1)和标定架组件(3)，光学导轨(1)的长度方向与X轴平行，标定架组件(3)含有依次连接的固定直杆(31)、滑动直杆(32)和标定直条(33)，固定直杆(31)与Z轴平行，固定直杆(31)与光学导轨(1)连接固定，固定直杆(31)与滑动直杆(32)平行，滑动直杆(32)能够沿Z轴方向运动，标定直条(33)与X轴平行，光学导轨(1)上设有多个用于安装线阵相机(21)的相机安装座(2)，标定直条(33)的工作面朝向相机安装座(2)，标定直条(33)的工作面内设有标定特征点阵列。
【技术特征摘要】
1.一种用于立体视觉测量的线阵相机标定装置，其特征在于，在以X、Y、Z轴为坐标轴的空间直角坐标系中，所述用于立体视觉测量的线阵相机标定装置包括光学导轨(1)和标定架组件(3)，光学导轨(1)的长度方向与X轴平行，标定架组件(3)含有依次连接的固定直杆(31)、滑动直杆(32)和标定直条(33)，固定直杆(31)与Z轴平行，固定直杆(31)与光学导轨(1)连接固定，固定直杆(31)与滑动直杆(32)平行，滑动直杆(32)能够沿Z轴方向运动，标定直条(33)与X轴平行，光学导轨(1)上设有多个用于安装线阵相机(21)的相机安装座(2)，标定直条(33)的工作面朝向相机安装座(2)，标定直条(33)的工作面内设有标定特征点阵列。2.根据权利要求1所述的用于立体视觉测量的线阵相机标定装置，其特征在于，沿Y轴方向，光学导轨(1)位于固定直杆(31)和相机安装座(2)之间，滑动直杆(32)位于固定直杆(31)和标定直条(33)之间，光学导轨(1)和滑动直杆(32)位于固定直杆(31)的同一侧。3.根据权利要求1所述的用于立体视觉测量的线阵相机标定装置，其特征在于，光学导轨(1)和标定直条(33)均呈水平状态，固定直杆(31)和滑动直杆(32)均呈竖直状态，固定直杆(31)的下端与光学导轨(1)连接固定，滑动直杆(32)与固定直杆(31)滑动连接，滑动直杆...
【专利技术属性】
技术研发人员：周威，韩庐平，汪海瑛，戴鹏，杨志鹏，时菁，李丁，傅强，张翼，薛宪堂，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院，中国铁道科学研究院基础设施检测研究所，北京铁科英迈技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。