【技术实现步骤摘要】
本申请涉及背景纹影层析测量系统的标定，具体而言，涉及一种背景纹影层析测量系统的标定方法及装置。
技术介绍
1、背景纹影层析测量系统是通过多相机与多背景组合，实现对视野交集区域内的三维折射率场测量。其标定过程是在统一坐标系下确定相机、背景和流场区域的空间位置。标定结果将决定流场重构的正确性。
2、然而，现有对背景纹影层析测量系统的标定方式中相机内外参同时标定容易引起求解不适定，其标定效率和鲁棒性易受测量样本数量和质量的影响；同时，由于背景纹影层析测量系统相机聚焦在各背景处，其公共视野交集区处于失焦的状态，缺乏对失焦相机间空间位置的标定方法。
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种背景纹影层析测量系统的标定方法及装置，用以采用先理论确定单相机内参而后求解确定相机外参的标定方式，可以有效提高内参标定效率与鲁棒性，针对背景纹影测量中相机两两标定时标定板处在离焦状态的问题，发现相较棋盘格标定图案的特征点易模糊特性，圆形非对称阵列图案即使外圆模糊其圆心特征点仍不受影响，因此更适合标定离焦状态下的相机相对外参。
2、第一方面，提供了一种背景纹影层析测量系统的标定方法，所述背景纹影层析测量系统包括多个相机、相应相机对应的背景板和产生待测流场的流场设备；其中，各背景板设置在相应相机处于聚焦状态的范围内，各背景板上设置有带有棋盘格标定的背景图案的标定板，各相机围绕所述流场设备设置，且所述流场设备设置在各相机处于离焦状态的公共视野范围内，该方法包括：
3、获
4、对相机性能参数进行处理，确定各相机的相机内参；
5、若所述一组相机为任意两相机，则采用matlab算法，对所述任意两相机的相机内参和标定板圆心特征点像素位置进行处理，得到所述任意两相机的相对外参；
6、以目标相机的相机坐标系为统一相机坐标系确定所述多个相机间的绝对外参标定顺序，采用相机绝对外参算法，按照所述绝对外参标定顺序，依次对任意两相机的相对外参进行计算，得到各相机在统一相机坐标系下的绝对外参；所述目标相机为所述多个相机中的任一相机；
7、采用背景位置标定算法，对各相机对应的角特征点像素位置在相应相机坐标系下的空间位置和相应相机在统一相机坐标系下的绝对外参进行计算，得到相应相机采集的背景图案在统一相机坐标系下的空间位置；
8、若所述一组相机为所述多个相机中的部分相机，则得到该部分相机中各相机的相机外参，以及在将圆形非对称阵列图案的标定板旋转预设方向后，获取另一部分相机中各相机的相机外参，得到旋转前的标定板和旋转后的标定板在统一相机坐标系下的空间位置，并将旋转前的标定板和旋转后的标定板在空间上旋转的交叉位置作为待测流场的初始中心位置。
9、在一个可能的实现中，对相机性能参数进行处理，得到各相机的相机内参，包括：
10、基于各相机采集的背景图案内棋盘格中任意两点处的像素长度和相应的实际长度，得到每像素对应的实际长度；
11、根据薄透镜相机模型，对相机性能参数和每像素对应的实际长度进行处理，得到成像面相对镜头中心的距离；
12、基于成像面相对镜头中心的距离、相机性能参数、相机坐标系原点相对像素坐标系原点的偏移量进行处理，确定各相机的相机内参。
13、在一个可能的实现中，计算成像面相对镜头中心的距离的算法表示为：
14、
15、其中，d为成像面相对镜头中心的距离，f为镜头焦距，zbo为背景到相机中心的理论距离，sz为每个像素的实际大小，ca为每像素对应的实际长度；
16、所述相机内参表示为：
17、
18、其中，u0与v0分别为相机坐标系的原点相对与像素坐标系的原点的偏移量，sx与sy分别为相机成像面每个像素对应背景面上的大小。在一个可能的实现中，以目标相机的相机坐标系为统一相机坐标系确定所述多个相机间的绝对外参标定顺序，包括：
19、确定目标相机的相机坐标系为统一相机坐标系；
20、基于预设的绝对外参传递条件，以所述目标相机为绝对外参的传递起始相机，确定所述多个相机间的绝对外参标定顺序；预设的绝对外参传递条件为通过相机坐标系传递绝对外参的最少相机个数的条件。
21、在一个可能的实现中，所述相机绝对外参算法表示为：
22、rb＝rbara
23、tb＝tba+rbata
24、其中，相机a与相机b的绝对外参标定顺序为相机b->相机a；相机b坐标系变换到相机a坐标系下的相对外参包括旋转矩阵rba与平移矩阵tba；相机a为目标相机，且相机a的绝对外参包括预设的旋转矩阵ra＝i(3)和预设的平移矩阵ta＝0(3,1)；rb和tb分别为相机b在统一相机坐标系下的绝对外参。
25、在一个可能的实现中，所述背景位置标定算法表示为：
26、
27、其中，为相机采集的背景图案在统一相机坐标系下的空间位置；rb与tb为相机b在统一相机坐标系下的绝对外参中的旋转矩阵与平移矩阵；[x*,y*,z*]t为角特征点在相机b坐标系下的空间位置；
28、其中，角特征点在相机b坐标系下的空间位置[x*,y*,z*]t可以通过下式计算得到：
29、
30、其中，rb*,tb*为相机b在相机b坐标系下的相机外参中的旋转矩阵与平移矩阵，[x,y,z]t为背景图案的角特征点在世界坐标系下的空间位置。
31、在一个可能的实现中，将旋转前的标定板和旋转后的标定板在空间上旋转的交叉位置作为待测流场的初始中心位置之后，所述方法还包括：
32、获取旋转前的标定板中与所述流场设备产生待测流场的出口正对应的圆形的圆心位置；
33、将所述初始中心位置与所述圆心位置的平均值，确定为待测流场的目标中心位置。
34、在一个可能的实现中，所述方法还包括：
35、基于各相机、各背景板和流场设备间的设置位置，以及待测流场的目标中心位置，绘制空间位置图；
36、在所述空间位置图中，将各背景板上背景图案的边缘点与相应相机的镜头中心相连，得到各相机与相应背景板上背景图案间的光线空间范围；
37、将各相机对应的光线空间范围的空间重合部分，确定为待测流场。
38、在一个可能的实现中，若所述一组相机为所述多个相机中的部分相机，则得到该部分相机中各相机的相机外参，以及在将圆形非对称阵列图案的标定板旋转预设方向后，获取另一部分相机中各相机的相机外参，包括：
39、若所述一组相机为所述多个相机中的部分相机，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种背景纹影层析测量系统的标定方法，其特征在于，所述背景纹影层析测量系统包括多个相机、相应相机对应的背景板和产生待测流场的流场设备；其中，各背景板设置在相应相机处于聚焦状态的范围内，各背景板上设置有带有棋盘格标定的背景图案的标定板，各相机围绕所述流场设备设置，且所述流场设备设置在各相机处于离焦状态的公共视野范围内，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对相机性能参数进行处理，得到各相机的相机内参，包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，计算成像面相对镜头中心的距离的算法表示为：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以目标相机的相机坐标系为统一相机坐标系确定所述多个相机间的绝对外参标定顺序，包括：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相机绝对外参算法表示为：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述背景位置标定算法表示为：
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将旋转前的标定板和旋转后的标定板在空间上旋转的交叉位置作为待测流场的初始中心位置之后，所述方法还包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种背景纹影层析测量系统的标定方法，其特征在于，所述背景纹影层析测量系统包括多个相机、相应相机对应的背景板和产生待测流场的流场设备；其中，各背景板设置在相应相机处于聚焦状态的范围内，各背景板上设置有带有棋盘格标定的背景图案的标定板，各相机围绕所述流场设备设置，且所述流场设备设置在各相机处于离焦状态的公共视野范围内，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对相机性能参数进行处理，得到各相机的相机内参，包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，计算成像面相对镜头中心的距离的算法表示为：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以目标相机的相机坐标系为统一相机坐标系确定所述多个相机间的绝对外参标定顺序，包括：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相机绝对外参算法表示为：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述背景位...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡炜，李敬轩，杨立军，张玥，梁炫烨，
申请(专利权)人：北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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