【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及视觉测量，尤其涉及一种光电云台相机内参标定方法。
技术介绍
1、光电云台是一种由相机和转台构成的探测设备，相机可以在转台的驱动下完成全周运动，从而实现对周边环境监测或运动目标跟踪测量任务。在跟踪测量过程中，通过对运动目标进行实时跟踪瞄准，结合相机内部参数与转台提供的外部参数在当前坐标系下实时输出运动目标所处的空间位置，为后续实现武器精准打击任务提供高精度位置信息。
2、由于测量尺度空间大，标定约束在全周测量空间中布设困难，因此现有光电云台在完成跟踪测量任务前，通过对静止状态下的固定视场中设置高精度测量约束对相机内参与相机与转台之间的外参进行标定，从而对后续连续跟踪测量状态下实现运动目标空间位置测量。但是，相机在转台驱动下连续运动导致观测视场连续变化的测量空间与固定状态下的标定空间不一致现象，使得固定状态下的标定结果不能满足运动状态下的测量过程，导致最终的测量结果不准确。
3、针对光电云台中相机观测视场连续变化导致标定空间与测量空间不一致的问题，需要分析测量过程中相机内部参数的耦合关系，研究一种光电云台相机内参标定方法，解决因标定空间与测量空间不一致导致的测量精度下降的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有光电云台相机标定空间与测量空间不一致导致测量精度下降的问题，提供一种可实现运动目标跟踪测量结果的准确输出的光电云台相机内参标定方法。
2、本专利技术的上述目的通过以下技术方案来实现：
3、一种光电云台相机
4、步骤1：确定相机内参种类数量与各参量间的耦合程度，确定光电云台相机内参标定过程中参数的标定顺序；
5、步骤2、根据步骤1中确定的光电云台相机参数的标定顺序，对各参数先后完成标定。
6、而且，步骤1中，相机内部参数包括主点、畸变系数和焦距；相机中的主点物理量是内部参数中耦合程度最小、独立程度最高的物理量，其次是与其相关的畸变系数，耦合程度最高的是焦距；光电云台相机内参标定顺序为先主点，再畸变系数，最后是焦距；
7、而且，步骤中2中，对光电云台中相机主点进行标定，包括如下步骤：
8、步骤2.1.1：在空间中设置坐标控制点，保证相机成像平面与空间中坐标控制点相对静止，通过变换镜头焦距，完成相机对空间坐标控制点的成像；在相机与空间坐标控制点相对位置不变的情况下，将不同焦距下空间坐标控制点在像面上的成像放在同一虚拟像面上；
9、步骤2.1.2：以相机光心为固定投影点，空间中任意直线通过光心投影到相机成像面的模型化表示可以称为相机的中心投影模型；以相机的中心投影模型为基础，将不同焦距的图像放在同一虚拟模型下；
10、步骤2.1.3：根据中心投影中所有投影线交于投影中心的性质，在基于相同投影关系的投影点与投影中心同时投影在一个固定平面时，空间投影点与投影中心将位于同一条直线上；
11、步骤2.1.4：设f1焦距下空间坐标控制点在像面上的投影点分别为a1、a2、a3、a4，f2焦距下空间坐标控制点在像面上的投影点分别为b1、b2、b3、b4，根据共线性质，a1b1、a2b2、a3b3、a4b4分别与主点o共线于直线l1、l2、l3、l4；令不同焦距下空间坐标控制点在像面上投影得到的像素坐标分别为由aibi构成的直线为li，其中i＝1,2,3,4，根据直线斜截式方程，每条直线在像素坐标系下的斜率mi与截距ni分别为：
12、
13、当存在多点共线的情况时，通过最小二乘代替上式对直线参数进行求解；
14、步骤2.1.5：根据直线冗余原则求多条直线公共交点，设主点坐标为o(u0,v0)，根据步骤2.1.4中的斜率与截距表达式得到的直线参数，有：
15、
16、结合最小二乘优化方法即可求得最终图像主点坐标。
17、而且，步骤中2中，对光电云台中相机畸变系数进行标定，包括如下步骤：
18、步骤2.2.1：在标准直线导轨上设置坐标控制球，使坐标点的运动方向沿相机成像平面两条对角线方向；
19、步骤2.2.2：使用灰度质心法提取坐标点的像素坐标，分别得到两组像素坐标(u1di,v1di)和(u2di,v2di)，结合像素像元大小得到(x1di,y1di)和(x2di,y2di)，根据中心投影过程中物体形状保持不变的性质，两组投影点在像面上仍呈现直线属性；首先通过拟合成像点在像素坐标系下的直线方程，对于直线l1，令直线l1:y1u＝mx1u+n，将参量带入畸变模型，则有：
20、
21、其中，k1、k2、k3分别表示相机镜头中的一阶、二阶和三阶径向畸变参数，p1、p2分别表示相机镜头中的一阶和二阶切向畸变参数，m、n分别表示直线l1的斜率与截距，r1di表示像素坐标(x1di,y1di)到图像坐标系原点之间的距离。对上式进行变形，整理得：
22、
23、步骤2.2.3：令步骤2.3.3中的相关变量进行换元，得到：
24、
25、步骤2.2.4：令其余参数同理，得到：
26、
27、根据最小二乘原理，得到镜头的畸变参数。
28、而且，步骤2中，对光电云台中相机焦距进行标定，包括如下步骤：
29、步骤2.3.1：将空间坐标点p(x,y,z)投影在像平面上，p(x,y)为投影点在图像坐标系o-xy下的坐标，p(u,v)为投影点在像素坐标系op-xy下的的像素坐标，如附图11所示；在确定了相机主点与畸变系数的基础上，由相机光心oc、像面中心o和点p组成的δoocp中∠ocop＝90°、∠oocp＝θ、像面中心o与点p间的距离则有：
30、
31、则焦距f表达式为：
32、
33、步骤2.3.2：在转台转动过程中，空间坐标点相对于相机中心呈现圆弧轨迹，在圆弧轨迹长度与其投影线段长度差最小的情况下，建立差值模型如下：
34、f(α,r)＝l(α,r)-d(α,r)
35、＝αr-2rsin(α/2)
36、其中，l(α,r)＝αr为圆弧轨迹长度，d(α,r)＝2rsin(α/2)圆弧在成像面上投影线段长度，α为转动角度，r为转动半径即成像面到空间坐标控制点的距离。
37、本专利技术具有的优点和积极效果为：
38、本专利技术首先分析了相机内部参数主点、畸变系数与焦距之间的耦合关系，确定了“主点-畸变系数-焦距”的标定顺序，标定结果不在受限于标定空间与测量空间的一致性程度，提高了光电云台相机内部参数的标定精度。
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1.一种光电云台相机内参标定方法，其特征在于，将相机固定安装在转台上，形成分别可以绕偏航轴和俯仰轴运动的光电云台，标定方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的光电云台相机内参标定方法，其特征在于：步骤1中，相机内部参数包括主点、畸变系数和焦距；相机中的主点物理量是内部参数中耦合程度最小、独立程度最高的物理量，其次是与其相关的畸变系数，耦合程度最高的是焦距；光电云台相机内参标定顺序为先主点，再畸变系数，最后是焦距。
3.根据权利要求2所述的光电云台相机内参标定方法，其特征在于：步骤中2中，对光电云台中相机主点进行标定，包括如下步骤：
4.根据权利要求2所述的光电云台相机内参标定方法，其特征在于，步骤中2中，对光电云台中相机畸变系数进行标定，包括如下步骤：
5.根据权利要求2所述的光电云台相机内参标定方法，其特征在于，步骤2中，对光电云台中相机焦距进行标定，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种光电云台相机内参标定方法，其特征在于，将相机固定安装在转台上，形成分别可以绕偏航轴和俯仰轴运动的光电云台，标定方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的光电云台相机内参标定方法，其特征在于：步骤1中，相机内部参数包括主点、畸变系数和焦距；相机中的主点物理量是内部参数中耦合程度最小、独立程度最高的物理量，其次是与其相关的畸变系数，耦合程度最高的是焦距；光电云台相机内参标定顺序为先主点，再畸变系...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓昀，张新远，任钊，张波，韩瑀，孙丽君，吴童，吴豪杰，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：
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