一种基于二维长靶标的无公共视野多图像传感器全局标定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于二维长靶标的无公共视野的多图像传感器全局标定方法。步骤为：先利用棋盘格获得单个图像传感器内外参数和畸变系数，再通过pnp算法求取特制二维长靶标上世界坐标系与图像传感器坐标系之间的旋转、平移变换关系，最后通过特制二维长靶标得到多个图像传感器坐标系之间的转换矩阵，实现无公共视野的多个图像传感器全局标定目的。本发明专利技术采用特制二维长靶标上多个角点共线原理来完成标定，无需借助高精密的三维坐标测量装置，操作简单、测量精度较高且靶标制作成本较低，能满足各种复杂环境中多图像传感器间全局标定的需求。的需求。的需求。

A global calibration method of multi image sensor without common field of vision based on two-dimensional long target

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维长靶标的无公共视野多图像传感器全局标定方法


[0001]本专利技术属于计算机视觉测量
，具体涉及一种基于二维长靶标的无公共视野多图像传感器全局标定方法。

技术介绍

[0002]多图像传感器视觉测量系统在大尺寸零件测量、三维重建、全景拍摄、运动估计等多个领域内有着广泛的应用，所有的应用都需要将多个图像传感器的测量精确地统一在同一个坐标系中。然而，当对较大和较长零件进行测量时，多个图像传感器往往没有重叠的视野，这也使得较高精度的标定更为困难。
[0003]目前，常用的无公共视野的多图像传感器标定方法有基于经纬仪的高精度三维坐标测量仪器测量法，这种方法使用设备较为昂贵，且操作较难，难以在实际工业生产中，大规模使用；有基于特殊物体的自标定方法，这种方法很难满足工业生产的精度要求；还有基于平面镜、一维靶标等辅助装置的全局标定方法，这种方法需要借助复杂的算法，容易造成精度损失，且还对标定的环境要求较高，难以满足复杂工业生产环境。
[0004]由上述方法可知，现有的标定方法对标定环境、标定设备等都有着严格的要求，难以在复杂工业生产环境中使用，因此有必要设计一种操作简便、精度较高、满足复杂生产环境的多图像传感器全局标定方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术在于克服以上全局标定方式不足，提出一种基于二维长靶标的多图像传感器全局标定方法，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于二维长靶标的多图像传感器全局标定方法，包括两个图像传感器和特制二维长靶标；所述特制二维长靶标是一个条状平面布满已知小格尺寸的特制棋盘格靶标，长度需能保证不同位置的棋盘格同时出现在多个图像传感器视野中间；所述特制二维长靶标是一个厚度均匀、表面纯平的棋盘格，棋盘格尺寸和数量根据实际情况确定一种基于二维长靶标的无公共视野的多图像传感器全局标定方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、单个图像传感器标定：S1.1调整图像传感器的光圈与焦距旋钮，使其成像清晰；S1.2采用棋盘格对单个图像传感器进行标定，即不断变换棋盘格在单个图像传感器视野中的位置与姿态，拍摄15
‑
20张清晰的棋盘格图像；S1.3通过matlab中相机标定工具箱，完成对图像传感器的标定，获得每个图像传感器的内外参数以及畸变系数；重复步骤S1.1
‑
S1.3,分别完成对图像传感器一和图像传感器二的标定；
S2、多个无公共视野图像传感器之间的全局标定：S2.1将特制二维长靶标放置两个图像传感器视野中，不断改变其在图像传感器视野中的位置，并拍摄清晰图像，且每张图像中至少有6个棋盘格角点；S2.2 以拍摄的图像左上角为原点，水平向右为u轴，竖直向下为v轴，建立像素坐标系o
‑
uv，通过角点提取算法，提取拍摄图像中二维棋盘格的角点在像素坐标系o
‑
uv下的坐标；S2.3 在特制二维长靶标中，选取在同一条直线上的两角点，且两角点能分别出现在两个对应图像传感器视野中，以这两点分别为原点o
w1
，o
w2
，水平向右为x
w1
，x
w2
轴，竖直向下为y
w1
，y
w2
轴，再以右手法确定z
w1
，z
w2
轴，建立世界坐标系o
w1
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x
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y
w1
z
w1
和o
w2
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x
w2
y
w2
z
w2
，且两坐标系因在同一个标定靶标上，只涉及平移变换T
12
（3*1矩阵），没有旋转变换；S2.4因特制二维长靶标中棋盘格长度已知，可以求取步骤S2.2提取的角点在各自对应世界坐标系o
w1
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x
w1
y
w1
z
w1
和o
w2
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x
w2
y
w2
z
w2
中的世界坐标以及步骤S2.3中平移矩阵T
12
（3*1矩阵）；S2.5根据步骤S1.3中求取的图像传感器内参和畸变系数，步骤S2.2中求取的角点在像素坐标下的坐标，以及步骤S2.4中求取的对应角点在世界坐标系中的坐标，根据pnp算法分别求出每个位置图像传感器一坐标系o
c1
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x
c1
y
c1
z
c1
与世界坐标系o
w1
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x
w1
y
w1
z
w1
之间的旋转、平移矩阵R1、T1和图像传感器二坐标系o
c2
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x
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y
c2
z
c2
与世界坐标系o
w2
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x
w2
y
w2
z
w21
之间的旋转、平移矩阵R2、T2；S2.6在步骤S2.2中两图像传感器拍摄的二维长靶标在空间中某一位置时的图像上选取同一条空间直线上的4个角点，记其在对应世界坐标系中的齐次坐标为h
Kij
(k表示第k个图像传感器，i表示第i条空间直线，j表示第j个点)，对应在图像传感器坐标系下的齐次坐标为H
Kij (k表示第k个图像传感器，i表示第i条空间直线，j表示第j个点)，记图像传感器一中拍摄的两个角点在世界坐标o
w1
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x
w1
y
w1
z
w1
中为h
111
和h
112
，图像传感器二中拍摄的两个角点在世界坐标o
w2
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x
w2
y
w2
z
w2
中为h
211
和h
212
，通过步骤S2.5中求出旋转平移矩阵R1、T1和R2、T2，能求出其在图像传感器坐标系o
c1
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x
c1
y
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和o
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x
c2
y
c2
z
c2
中对应的点的坐标H
111
、H
112
、H
211
和H
212
； S2.7设这条空间直线在图像传感器坐标系o
c1
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x
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y
c1
z
c1
和o
c2
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x
c2
y
c2
z
c2...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维长靶标的多图像传感器全局标定方法，包括以下步骤：S1、单个图像传感器标定：S1.1调整图像传感器（10）的光圈与焦距旋钮，使其成像清晰；S1.2采用棋盘格对单个图像传感器（10）进行标定，即不断变换棋盘格在单个图像传感器（10）视野中的位置与姿态，拍摄15
‑
20张清晰的棋盘格图像；S1.3通过matlab中相机标定工具箱，完成对图像传感器（10）的标定，获得每个图像传感器（10）的内外参数以及畸变系数；重复步骤S1.1
‑
S1.3,分别完成对图像传感器一（100）和图像传感器二（101）的标定；S2、多个无公共视野图像传感器（10）之间的全局标定：S2.1将特制二维长靶标（20）放置两个图像传感器（10）视野中，不断改变其在图像传感器（10）视野中的位置，并拍摄清晰图像，且每张图像中至少有6个棋盘格角点；S2.2 以拍摄的图像左上角为原点，水平向右为u轴，竖直向下为v轴，建立像素坐标系o
‑
uv，通过角点提取算法，提取拍摄图像中二维棋盘格的角点在像素坐标系o
‑
uv下的坐标；S2.3 在特制二维长靶标（20）中，选取在同一条直线上的两角点，且两角点能分别出现在两个对应图像传感器（10）视野中，以这两点分别为原点o
w1
，o
w2
，水平向右为x
w1
，x
w2
轴，竖直向下为y
w1
，y
w2
轴，再以右手法确定z
w1
，z
w2
轴，建立世界坐标系o
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x
w1
y
w1
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w1
和o
w2
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x
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y
w2
z
w2
，且两坐标系因在同一个标定靶标上，只涉及平移变换T
12
（3*1矩阵），没有旋转变换；S2.4因特制二维长靶标（20）中棋盘格长度已知，可以求取步骤S2.2提取的角点在各自对应世界坐标系o
w1
‑ꢀ
x
w1
y
w1
z
w1
和o
w2
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x
w2
y
w2
z
w2
中的世界坐标以及步骤S2.3中平移矩阵T
12
（3*1矩阵）；S2.5根据步骤S1.3中求取的图像传感器（10）内参和畸变系数，步骤S2.2中求取的角点在像素坐标下的坐标，以及步骤S2.4中求取的对应角点在世界坐标系中的坐标，根据pnp算法分别求出每个位置图像传感器一坐标系o
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x
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y
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z
c1
与世界坐标系o
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x
w1
y
w1
z
w1
之间的旋转、平移矩阵R1、T1和图像传感器二坐标系o
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x
c2
y
c2
z
c2
与世界坐标系o
w2
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x
w2
y
w2
z
w21
之间的旋转、平移矩阵R2、T2； S2.6在步骤S2.2中两图像传感器（10）拍摄的二维长靶标（20）在空间中某一位置时的图像上选取同一条空间直线上的4个角点，记其在对应世界坐标系中的齐次坐标为h
Kij
(k表示第k个图像传感器，i表示第i条空间直线，j表示第j个点)，对应在图像传感器（10）坐标系下的齐次坐标为H
Kij (k表示第k个图像传感器，i表示第i条空间直线，j表示第j个点)，记图像传感器一（100）中拍摄的两个角点在世界坐标o
w1
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x
w1
y
w1
z
w1
中为h
111
和h
112
，图像传感器二（101）中拍摄的两个角点在世界坐标o
w2
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x
w2
y
w2
z
w2
中为h
211
和h
212
，通过步骤S2.5中求出旋转平移矩阵R1、T1和R2、T2，能求出其在图像传感器（10）坐标系o
c1
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x
c1
y
c1
z
c1
和o
c2
‑ꢀ
x
c2
y
c2
z
c2
中对应的点的坐标H
111
、H
112
、H
211
和H
212
；S2.7设这条空间直线在图像传感器坐标系o
c1
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x
c1
y
c1
z
c1
和o
c2
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x
c2
y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马自勇，张富泉，马立峰，马立东，姬小峰，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：