一种单目面阵相机的标定方法及自动标定系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单目面阵相机的标定方法及自动标定系统，包括：固定待标定的单目面阵相机，在单目面阵相机的可视范围内设置一个标定件，将单目面阵相机的可视范围内距离单目面阵相机最近的点作为标定件的初始位置；从初始位置开始带动移动直至标定件离开单目面阵相机的可视范围；在单目面阵相机的移动过程中采用单目面阵相机拍摄图像；根据标定件的三维空间坐标及其对应的图像上亮斑中心坐标，通过公式(1)计算出待标定相机的系数，本发明专利技术采用隐参数标定方法，通过拟合直接得到像面上坐标x，y与物方空间坐标X，Y，Z之间的关系式，可直接得出被测目标点与仪器间的距离。

A calibration method and automatic calibration system of monocular array camera

【技术实现步骤摘要】
一种单目面阵相机的标定方法及自动标定系统
本专利技术属于相机标定
，具体涉及一种单目面阵相机的标定方法及自动标定系统。
技术介绍
在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定(或摄像机标定)。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节。相机标定结果的准确性和精度直接决定了视觉系统能否正常工作。激光光源照射到物体上某一点，该目标点的图像通过透镜汇聚到传感器上形成像点。当激光照射的物体移动时，像点也在传感器上移动，在基线长度已知、光源和传感器及透镜的相对位置确定的前提下，通过测量传感器上的像点位置就能准确确定被测物体与仪器之间的距离。CCD具有几何尺寸稳定的优点，它与光源、透镜的几何关系决定了被测目标点与仪器间的最小距离和最大距离。但当目标点等间隔移动时其成像点在CCD上并不是等间隔地变化，故要通过标定拟合得到CCD上像点的位置和目标点与仪器的距离之间的关系。目前常用的相机标定方法是借助棋盘格，检测棋盘格中的内角点，进行计算后获取相机的内参和外参，按照这种标定方法的设定，不能直接得出被测目标点与仪器间的距离，不适用于线结构光的标定，而且人工干预影响因素较大，标定效率低。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术给出了一种单目面阵相机的标定方法及自动标定系统，解决现有的标定方法和系统不能直接得到被测目标点与仪器间的距离、标定效率低的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种单目面阵相机的标定方法，包括以下步骤：步骤1，固定待标定的单目面阵相机，在单目面阵相机的可视范围内设置一个标定件，将单目面阵相机的可视范围内距离单目面阵相机最近的点作为标定件的初始位置；步骤2，从初始位置开始带动标定件以“S”型路径远离单目面阵相机，直至标定件离开单目面阵相机的可视范围；在标定件移动过程中，每隔一定时间间隔或者标定件移动一定距离，采用单目面阵相机拍摄一次图像，标定件在图像上形成一个亮斑；在拍摄照片的同时获取此时标定件的三维坐标(Xi,Yi,Zi)，i＝1,2,...,N，N表示单目面阵相机拍摄次数；步骤3，根据标定件的三维空间坐标(Xi,Yi,Zi)及其对应的图像上亮斑中心坐标(xi,yi)，通过公式(1)计算出待标定相机的系数lj，j＝1,2,...,11；完成相机标定；进一步的，每间隔25～30s拍摄一次照片或者标定件每移动3～5cm拍摄一次照片。进一步的，对每次拍摄的图像进行去噪预处理，利用灰度重心法提取图像亮斑中心坐标。本专利技术还公开了一种单目面阵相机的自动标定系统，包括用于安装单目面阵相机和激光光源的相机光源安装平台、标定件、用于安装标定件的水平二维移动平台、用于带动标定件移动的动力系统以及工控机；所述的标定件能够在水平二维移动平台上横向和纵向移动；所述的标定件与动力系统连接；所述的工控机，用于控制动力系统带动标定件在水平二维移动平台上横向和纵向的移动；所述的工控机内设置有控制单元，所述的控制单元包括：标定件位置控制模块，用于将标定件移动在单目面阵相机的可视范围内，并将单目面阵相机的可视范围内距离单目面阵相机最近的点作为标定件的初始位置；标定件移动路径控制模块，用于从初始位置开始带动标定件以“S”型路径远离单目面阵相机，直至标定件离开单目面阵相机的可视范围；图像采集模块，用于在标定件的移动过程中，每隔一定时间间隔或者标定件移动一定距离采用单目面阵相机拍摄一次图像，标定件在图像上形成一个亮斑；在拍摄照片的同时获取此时标定件的三维坐标(Xi,Yi,Zi)，i＝1,2,...,N，N表示单目面阵相机拍摄次数；相机标定模块，用于根据标定件的三维空间坐标(Xi,Yi,Zi)及其对应的图像上亮斑中心坐标(xi,yi)，通过公式(1)计算出待标定相机的系数lj，j＝1,2,...,11；完成相机标定；具体的，所述的相机光源安装平台为竖直设置的支架，单目面阵相机安装在支架的上方，激光光源设置在支架的下方。具体的，所述的水平二维移动平台包括底座、丝杠和滑台，所述的丝杠安装在底座上，所述的滑台与丝杠连接，所述的动力系统连接在丝杠末端，通过动力系统带动丝杠转动，丝杠带动滑台沿丝杠杆体方向移动；所述的滑台上设置有导槽，导槽的方向与丝杠杆体方向垂直，标定件设置在导槽中，滑台下方设置有动力系统，动力系统带动标定件件沿导槽方向移动。具体的，所述的导槽中连接有一支撑杆，支撑杆底部与动力系统连接，支撑杆顶部设置有所述的标定件；所述的标定件为不反光的圆柱形金属件。具体的，所述的图像采集模块中，每间隔25～30s拍摄一次照片或者标定件每移动3～5cm拍摄一次照片。进一步的，还包括图像预处理模块，用于对每次拍摄的图像进行去噪预处理，利用灰度重心法提取图像亮斑中心坐标。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用隐参数标定方法，通过拟合直接得到像面上坐标x，y与物方空间坐标X，Y，Z之间的关系式，可直接得出被测目标点与仪器间的距离。(2)本专利技术提供的自动标定装置，利用工控主机控制标定平台移动，通过控制器记录标志件移动位置以及相机的拍摄存储，可实现自动标定，人工干预影响因素小，标定效率高。附图说明图1为本专利技术实施例记载的标定方法流程图。图2为本专利技术实施例记载的自动标定系统整体图。图3为本专利技术实施例记载的自动标定系统结构图。图4为本专利技术实施例记载的自动标定方法的三维平面参考图。以下结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做具体说明。附图中各标号的含义：1-相机光源安装平台，2-标定件，3-水平二维移动平台，4-动力系统，5-工控机，6-单目面阵相机，7-激光光源，8-控制器，9-连接支架；301-底座，302-丝杠，303-滑台，304-导槽，305-支撑杆。具体实施方式本专利技术的标定方法以相机光源安装平台所在空间构建世界坐标系，确定自动标定系统的横向以及纵向基准面，并确定标定件移动到不同位置的三维空间坐标值；对拍摄的图像进行亮斑检测，根据亮斑灰度中心的图像坐标值确定出对应的三维空间坐标值并保存在工控机里；根据包含亮斑中心图像坐标值和其三维空间坐标值的点对，通过标定公式(1)拟合出所需相机系数lj，j＝1,2,...,11，完成相机标定。本专利技术的标定系统中，工控机通过串口指令来控制水平二维移动平台运动，从而控制标定样件在相机视场空间的位置，待标定样件移动好后，工控主机控制相机进行相应位置的采集，待采集保存完毕，标定样件移至下一位置，由此完成自动标定。此方法由主工控机自动控制，能进一步提高标定速度，并且操作简单。以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单目面阵相机的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，固定待标定的单目面阵相机，在单目面阵相机的可视范围内设置一个标定件，将单目面阵相机的可视范围内距离单目面阵相机最近的点作为标定件的初始位置；/n步骤2，从初始位置开始带动标定件以“S”型路径远离单目面阵相机，直至标定件离开单目面阵相机的可视范围；在标定件移动过程中，每隔一定时间间隔或者标定件移动一定距离，采用单目面阵相机拍摄一次图像，标定件在图像上形成一个亮斑；在拍摄照片的同时获取此时标定件的三维坐标(X

【技术特征摘要】
1.一种单目面阵相机的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，固定待标定的单目面阵相机，在单目面阵相机的可视范围内设置一个标定件，将单目面阵相机的可视范围内距离单目面阵相机最近的点作为标定件的初始位置；
步骤2，从初始位置开始带动标定件以“S”型路径远离单目面阵相机，直至标定件离开单目面阵相机的可视范围；在标定件移动过程中，每隔一定时间间隔或者标定件移动一定距离，采用单目面阵相机拍摄一次图像，标定件在图像上形成一个亮斑；在拍摄照片的同时获取此时标定件的三维坐标(Xi,Yi,Zi)，i＝1,2,...,N，N表示单目面阵相机拍摄次数；
步骤3，根据标定件的三维空间坐标(Xi,Yi,Zi)及其对应的图像上亮斑中心坐标(xi,yi)，通过公式(1)计算出待标定相机的系数lj，j＝1,2,…,11；完成相机标定；





2.如权利要求1所述的单目面阵相机的标定方法，其特征在于，每间隔25～30s拍摄一次照片或者标定件每移动3～5cm拍摄一次照片。


3.如权利要求1所述的单目面阵相机的标定方法，其特征在于，对每次拍摄的图像进行去噪预处理，利用灰度重心法提取图像亮斑中心坐标。


4.一种单目面阵相机的自动标定系统，其特征在于，包括用于安装单目面阵相机(7)和激光光源(8)的相机光源安装平台(1)、标定件(2)、用于安装标定件(2)的水平二维移动平台(3)、用于带动标定件(2)移动的动力系统(4)以及工控机(5)；
所述的标定件(2)能够在水平二维移动平台(3)上横向和纵向移动；所述的标定件(2)与动力系统(4)连接；
所述的工控机(5)，用于控制动力系统(4)带动标定件(2)在水平二维移动平台(3)上横向和纵向的移动；所述的工控机(5)内设置有控制单元，所述的控制单元包括：
标定件位置控制模块，用于将标定件(2)移动在单目面阵相机的可视范围内，并将单目面阵相机(6)的可视范围内距离单目面阵相机(6)最近的点作为标定件(2)的初始位置；
标定件移动路径控制模块，用于从初始位置开始带动标定件(2)以“S”型路径远离单目面阵相机(6)，直至标定件(2)离开单目面阵相机(6)的可视范围；
图像采集模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建锋，陆凌凯，乔盼，赵慧婷，董学恒，张照震，郑涛，宋宏勋，吴学勤，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61