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大尺寸视觉测量系统在线标定的新方法

第33卷第1期Vol.33No.1

2007年1月OPTICALTECHNIQUEJan. 2007

光学技术

-1582(2007)01-0086-03 文章编号:1002

大尺寸视觉测量系统在线标定的新方法

王永强1,2,吕乃光2,邓文怡2,潘志康2,董明利2

(1.北京邮电大学电子工程学院,北京 100876;2.北京机械工业学院,北京 100085)

X

摘 要:提出了一种新的基于视场边缘距离相对约束条件的摄像机标定方法,并用于大尺寸测量中摄像机的标定,该方法在标定摄像机内外方位参数的同时也完成了成像畸变的校正,将标定结果用于测量,在4@4@1m3的测量视场内,其相对精度达到1/2000,与传统标定方法相比,该标定方法灵活性高,更加适用于测量视场较大的情况。

词:摄像机标定;视觉测量;畸变参数

中图分类号:TP391.41 文献标识码:A

Thenewonlinecalibrationmethodinlarge_scalevideogrammetrysystem

WANGYong_qiang,LUNai_guang,DENGWen_yi,PANZhi_kang,DONGMing_li2

(1.BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing 100876,China)

(2.BeijingInformationScience&TechnologyUniversity,Beijing 100085,China)

Abstract:http://doc.xuehai.netinganiterativeoptimizationalgorithmcalculatedtheinteriororientationparameters,dis-tortionparametersandexteriororientationparameters.Thecalibrationmethodisaccessedinatestcontrolfield,inthe3@4@1m3range,therelativeaccuracyofmeasurementsystemmadeupofthecalibratedcameraisbetterthan1/2000.Incomparisonwithothercalibrationmethod,thismethodismoreflexibleandisapplicableanycase,especiallythelarge_scalevideogramme-try.

Keywords:cameracalibration;videogrammetry;distortionparameters

0 引 言

计算机视觉测量系统在高精度测量中,其标定一般包括两部分:1)摄像机内方位参数标定:像主点(x0,y0),摄像机的主距f以及透镜畸变系数等;2)摄像机的空间方位标定:投影中心(Xs,Ys,Zs)和摄像机光轴方位在物空间坐标系中的三个角度量X,U,J。一般用共线方程[1)3]或者Tsai[4]提出的RAC(RadialAlignmentConstraint)假设作为约束条件完成摄像机的标定,对于大尺寸视觉测量而言,由于测量视场较大,标定靶的制作成本较高,且要先在实验室等场所标定摄像机内方位参数,再到测量现场进行测量,这种离线测量方法可靠性较低。

利用测量视场中两点之间的长度作为约束条件,本文提出了一种新的标定摄像机内外方位参数的方法,即用含有9个靶点的靶标与带有标准长度的标准杆组成新的标定结构,利用拉格朗日乘数法将标准杆上的标准长度与像面上的像点坐标联系起

来,组成新的约束条件方程,通过迭代计算该约束条件方程,高精度的标定摄像机内外方位参数和透镜畸变系数。在该方法中,两点之间的距离可独立进行测量,不受其它点的位置等因素的影响,且已知距离的点布设于测量视场边缘位置,灵活性较高。用该方法标定的相机进行实际测量,相对精度达到1/2000。

1 基本原理

不失一般性,假设物空间坐标系为S_XYZ,空间中两点Pj(Xj,Yj,Zj)和Pk(Xk,Yk,Zk)之间的长度可用三坐标测量机或激光跟踪仪事先测出作为标准长度Lkj,则标准长度Lkj与Pj、Pk点的待测空间坐标之间的关系可表示为

Fkj=(Xk-Xj)2+(Yk-Yj)2+

(Zk-Zj)2-L2kj=0

公式(1)的线性化为

(1)

将标准长度Lkj作为真值,利用泰勒展开式,则

X收稿日期:2005-12-29 E-mail:wangyqbu@http://doc.xuehai.net

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50475176);北京市自然科学基金北京市教委科技发展计划重点项目(KZ200511232019)和机

电系统测控北京市重点实验室资助作者简介:王永强(1976_),男,北京邮电大学博士研究生,从事光学测量研究。

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