CN103559708A - 基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，包括靶标、相机平移运动组件和PC机，所述的靶标和相机平移运动组件间隔一定距离设置在地面上，所述的待标定相机设在相机平移运动组件上，并与PC机连接，所述的靶标上设有四个圆点，且该四个圆点的几何中心构成正方形。与现有技术相比，本发明具有简单易用、计算速度快、精确性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及工业定焦相机标定技术领域，尤其是涉及一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置。
背景技术
相机标定是为了确定相机的属性参数、空间位置以及成像模型，以便确定空间坐标系中物体与它在像平面上的像点之间的对应关系，从而实现相机借助外界其他辅助信息达到精确测量外部物体几何数据的过程。
工业定焦相机因为参数未知不能直接应用于摄影测量，一般可采用各种标定技术获得相机的参数，之后建立物理和数学模型进行空间摄影测量的解析计算。相机的参数主要是与焦距有一定关系的投影放大倍数。根据针孔模型的等效光路图，如图1，该放大系数等于物体的实际距离与相机坐标系中心到图像平面距离(简称像距id)之比。只要能够知道相机的像距id及物体在图像平面上的图像位置，就能根据投射投影原理，求出物体的在相机坐标系中的位置。
目前，工业定焦相机参数的标定主要分为两种，一种是通过测量相机的外部参数，基于特定的实验条件，如形状、尺寸已知的标定物，利用一系列数学变换和计算方法，进而求得相机的参数(如：姜大志等，“数码相机标定方法研究”，南京航空航天大学学报，2001年2月)；另外一种是不依赖于标定参照物的摄像机标定方法，称为相机自标定方法，仅利用相机在运动过程中周围环境的图像与图像之间的对应关系对相机进行的标定。
对于第一种标定方法，虽然标定物的尺寸是精确的，但是相机相对于标定物的外部参数并不能精确测量，因此第一种方法需要采集多幅高质量的标定图像以优化内部参数的求解，该方法人工操作误差大，过程繁琐，算法复杂，只有在多次重复标定的情况下才能获得精确的结果。第二种方法没有外部参照物，运用起来非常灵活，但是图像处理技术并不成熟，且未知参数太多，很难得到稳定精确的计算结果。
如果有大量相机需要标定，上述两种方法在操作的方便性和求解的精确性方面均不能很好的满足测量要求。因此急需一种既能方便操作，求解也更精确的标定方法和装置。标定的方法需要靠特定的装置来实现，因此，现在尤其缺少一种专用于相机参数标定的简易装置和操作方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单易用、精确性高的基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，包括靶标、相机平移运动组件和PC机，所述的靶标和相机平移运动组件间隔一定距离设置在地面上，所述的待标定相机设在相机平移运动组件上，并与PC机连接，所述的靶标上设有四个圆点，且该四个圆点的几何中心构成正方形。
所述的相机平移运动组件包括三脚架、平移导轨和移动滑块，所述的平移导轨通过三脚架放置在地面上，所述的移动滑块设在平移导轨上。
所述的平移导轨两端设有固定块。
所述的移动滑块顶部设有相机固定件。
所述的靶标和相机平移运动组件间的距离为0.5m～2m。
所述的PC机为安装有相机采集卡的PC机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明利用相机平移过程中靶标成像位置和平行移动距离之间的关系，设计了一种简单易用，成本低廉的相机参数标定装置，简化了相机标定过程和成本，且精确性高，非常适合大规模的相机标定工作；
2)本发明基于方靶数学模型，无需测量相机与标定物的位置关系，标定物可以随意摆放，从而快捷的得到相机参数；
3)本发明靶标上的各圆点间的距离为已知尺寸，可方便的计算出相机参数。
附图说明
图1相机等效光路图；
图2本发明靶标点示意图；
图3本发明标定工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图3所示，一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，包括靶标1、相机平移运动组件和PC机6，所述的靶标1和相机平移运动组件间隔一定距离设置在地面上，所述的待标定相机2设在相机平移运动组件上，并通过数据线7与PC机6连接，如图2所示，所述的靶标1上设有四个圆点，且该四个圆点的几何中心构成正方形。正方形的物体在相机成像面上投影后会变为任意四边形，通过投影变换调整可以方便的再次得到一个与原物体相似的正方形，而此时的正方形所在的位置与原物体平行。所述的PC机为安装有相机采集卡的PC机。
相机平移运动组件包括三脚架4、平移导轨5和移动滑块3，所述的平移导轨5通过三脚架4放置在地面上，所述的移动滑块3设在平移导轨5上，可在平移导轨5左右移动，平移导轨5两端设有固定块，移动滑块3顶部设有相机固定件，用于固定待标定相机2。所述的靶标和相机平移运动组件间的距离为0.5m～2m。
利用上述标定装置具体操作步骤如下：
(1)标定装置就位
组装相机平移运动组件，将三脚架4竖立在地面上，平移导轨5的两端固定在三脚架上。放置好靶标1，将待标定相机2安装固定在移动滑块3的顶部，调整相机位置使靶标1在相机的视场内。固定相机，使用卡扣记录相机所在位置为A。连接相机和PC机，打开相机，使相机处于待拍摄状态。
(2)相机在步骤(1)的位置处采集靶标图像A
用待标定相机在位置A处拍摄靶标的图像，通过计算机扫描计算可以得到该靶标上4个点的像素坐标，记为A1(x，y)，A2(x，y)，A3(x，y)，A4(x，y)。
(3)平移相机至导轨上的固定位置B
由于相机与滑块已经固定，在平移导轨上平移相机10cm～20cm，记录相机此刻的位置为B。用游标卡尺测量位置A到位置B的距离，记为D。
(4)在步骤(3)移动后的位置B处采集靶标图像B
用待标定相机拍摄该位置靶标的图像，通过计算机扫描计算可以得到该靶标上4个点的像素坐标，记为B1(x，y)，B2(x，y)，B3(x，y)，B4(x，y)。
(5)迭代计算相机的内部参数和外部参数。
利用正方形靶点的中心距和成像点信息，结合相机的平移距离，使用方靶数学模型算法，计算得到相机参数id。
虽然已经结合具体的示范性实施例并结合附图充分的描述了本发明，对于本领域技术人员来说，对本发明的各种修改和改变是显而易见的。因此，除非这些改变和变形脱离本发明的范围，否则它们应该被解释为包括在本发明的范围内。
Claims (6)
1.一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，其特征在于，包括靶标、相机平移运动组件和PC机，所述的靶标和相机平移运动组件间隔一定距离设置在地面上，所述的待标定相机设在相机平移运动组件上，并与PC机连接，所述的靶标上设有四个圆点，且该四个圆点的几何中心构成正方形。
2.根据权利要求1所述的一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，其特征在于，所述的相机平移运动组件包括三脚架、平移导轨和移动滑块，所述的平移导轨通过三脚架放置在地面上，所述的移动滑块设在平移导轨上。
3.根据权利要求2所述的一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，其特征在于，所述的平移导轨两端设有固定块。
4.根据权利要求2所述的一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，其特征在于，所述的移动滑块顶部设有相机固定件。
5.根据权利要求1所述的一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，其特征在于，所述的靶标和相机平移运动组件间的距离为0.5m～2m。
6.根据权利要求1所述的一种基于方靶模型的工业定焦相机参数标定装置，其特征在于，所述的PC机为安装有相机采集卡的PC机。
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