CN112785654A - 轨道几何检测系统标定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道几何检测系统标定方法及装置，其中该方法包括：通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；根据非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。本发明可以标定左右两个激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
Description
技术领域
本发明涉及轨道检测技术领域，尤其涉及轨道几何检测系统标定方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
在目前的轨道几何检测系统中，并没有标定左右两个激光摄像组件相机坐标系的变换关系，即两个相机坐标系的变换关系属于未知参数，这样会引起很多问题，如无法关联左右两个激光摄像组件的空间位置关系，无法判断左右两个激光平面是否共面安装，不能将两侧激光摄像组件的测量结果在同一个坐标系中表示等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种轨道几何检测系统标定方法，用以标定左右两个激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系，该方法包括：
通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；所述标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，所述平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；
提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；
根据所述非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
本发明实施例还提供一种轨道几何检测系统标定装置，用以标定左右两个激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系，该装置包括：
采集单元，用于通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；所述标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，所述平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；
构建单元，用于提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；
标定单元，用于根据所述非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述轨道几何检测系统标定方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述轨道几何检测系统标定方法的计算机程序。
本发明实施例中，轨道几何检测系统标定方案，通过：通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；根据非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。本发明可以标定左右两个激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中轨道几何测量原理图；
图2为本发明实施例中轨道几何检测系统两侧相机坐标系示意图；
图3A-图3B为本发明实施例中特制的标定靶标示意图，其中，图3A为标定靶标的俯视图，图3B为标定靶标的侧视图；
图4为本发明实施例中轨道几何测量的结构示意图；
图5为本发明实施例中轨道几何测量流程的原理示意图；
图6为本发明实施例中特制靶标的运动示意图；
图7A-图7B为本发明实施例中两侧相机采集的特制靶标某个姿态下的平面标定板图像示意图，其中，图7A为左侧相机采集的平面标定板图像示意图，图7B为右侧相机采集的平面标定板图像示意图；
图8为本发明实施例中特征点提取过程示意图；
图9为本发明实施例中参考坐标系rcs1下的左侧相机获取的特征点；
图10为本发明实施例中参考坐标系rcs2下的右侧相机获取的特征点；
图11为本发明实施例中特制靶标特征点对之间的距离Dk示意图；
图12为本发明实施例中棋盘格平面靶标标定板示意图；
图13为本发明实施例中轨道几何检测系统标定方法示意图；
图14为本发明实施例中轨道几何检测系统标定装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
轨道几何检测系统可以实时测量轨距、轨向、高低、水平和三角坑等各种类型的几何不平顺参数，具有稳定性好、重复性高、精确性强等特点，广泛用于我国既有铁路的日常检测和新建铁路的联调联试。图1是轨道几何测量原理图(在图1中，1-1为左侧相机，1-2为右侧相机，2-1为左侧线激光器，2-2为右侧线激光器，3-1为左股钢轨，3-2为右股钢轨，4为惯性测量单元，5为检测梁)，由1个相机和1个线激光器组成1套激光摄像组件，在两股钢轨的斜上方各有1套激光摄像组件。在两套激光摄像组件中，线激光器发出的激光平面垂直于钢轨纵向，相机以一定的角度拍摄钢轨的激光断面图像，通过光条中心提取和数据标定，得到左右两股钢轨的半断面轮廓，进而可以得到钢轨相对于检测梁的横向和垂向位移，由两股钢轨的横向位移合成轨距，横向位移和垂向位移结合惯性测量单元得到的数据可以用于合成轨向和高低。由此可见，激光摄像组件的测量结果直接影响最终的轨道几何测量精度。
图2是轨道几何检测系统两侧相机坐标系示意图(在图2中，1-1为左侧相机，1-2为右侧相机，2-1为左侧线激光器，2-2为右侧线激光器，3-1为左股钢轨，3-2为右股钢轨)，在左右两个激光摄像组件分别建立了相机坐标系ccs1和ccs2。两侧相机坐标系的变换关系包括旋转矩阵和平移向量，左侧相机坐标系ccs1到右侧相机坐标系ccs2的旋转矩阵和平移向量分别为
和
可由下面式(1)表示：
其中，
记P＝(xccs1,yccs1,zccs1)T为左侧相机坐标系内任意一点，Q＝(xccs2,yccs2,zccs2)T为右侧相机坐标系内任意一点，Q'＝(x'ccs1,y'ccs1,z'ccs1)为点Q在左侧相机坐标系内的坐标，若左右相机坐标系的变换关系已知，则可以通过式：
将右侧相机坐标系内任意一点的坐标变换到左侧相机坐标系下，进而可以关联左右两个激光摄像组件的空间位置关系，判断左右两个激光平面是否共面安装，实现在同一个坐标系中表示两侧激光摄像组件的测量结果。
发明人发现了一技术问题：由于左右相机没有公共视场，目前的轨道几何检测系统并没有标定左右相机坐标系的变换关系，因此，两个相机坐标系的变换关系属于未知参数，导致无法关联左右两个激光摄像组件的空间位置关系，也不能将两侧激光摄像组件的测量结果在同一个坐标系中表示，更无法判断左右两个激光平面是否共面安装等。
综上，正是由于发明人考虑到了上述技术问题，为了获取轨道几何检测系统左右相机坐标系的变换关系，本发明实施例提出了一种轨道几何检测系统标定方案。该方案设计了一个特制的标定靶标，该标定靶标通过连接杆将两个平面标定板刚性连接。通过左右相机同时采集特制靶标(标定靶标)不同姿态下的平面标定板图像，利用在特制靶标移动或旋转过程中，左右平面标定板的特征点对之间的距离保持不变的规律，构造非线性优化目标函数，通过非线性优化求解左右两侧相机坐标系的变换关系。下面对该轨道几何检测系统标定方案进行详细介绍如下。
图13为本发明实施例中轨道几何检测系统标定方法示意图，如图13所示，该方法包括如下步骤：
步骤101：通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；所述标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，所述平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；
步骤102：提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；
步骤103：根据所述非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
本发明可以标定左右两个激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。在本发明实施例中提到的左右侧均指的是左侧和右侧两侧。
图3A-图3B为本发明实施例中特制的标定靶标(在图3A-图3B中，4为连接杆，5-1为左侧平面标定板，5-2为右侧平面标定板)，由1个连接杆和2个平面标定板组成，两个平面标定板通过连接杆刚性连接，连接杆的长度为1600mm，略大于标准轨距1435mm。图4是本发明实施例的结构示意图(在图4中，1-1为左侧相机，1-2为右侧相机，2-1为左侧线激光器，2-2为右侧线激光器，3-1为左股钢轨，3-2为右股钢轨，4为连接杆，5-1为左侧平面标定板，5-2为右侧平面标定板)，特制靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内，例如最好是将特制靶标放置于现有轨道几何检测系统的正下方，且在左右两股钢轨的正上方，保证左侧相机能够完整拍摄到特制靶标的左侧平面标定板，同时保证右侧相机也能够完整拍摄到特制靶标的右侧平面标定板。如图5所示，以平面标定板的中心为原点，上表面为XOY平面，分别在两个平面标定板上建立相应的靶标坐标系tcs1和tcs2。
根据针孔成像模型，靶标坐标系内一点(xtcs,ytcs,ztcs)T与成像平面内一点(u,v)T的变换关系可以为：
其中，s为比例因子，R和t分别为相机坐标系到靶标坐标系的旋转矩阵和平移向量，属于相机外部参数，A为相机内参矩阵，包括相机内部参数fx,fy,u0,v0，由式(7)表示：
图5是本发明实施例中轨道几何测量流程的原理示意图，主要分为以下6步。
第1步，采用轨道几何检测系统传统的标定方法分别获取左右侧激光摄像组件的相机内参矩阵A。
第2步，利用两侧相机同时采集不同姿态下的特制靶标图像。将特制靶标放置在左右相机的视场内，保证左侧相机能够完整拍摄到特制靶标的左侧平面标定板，同时保证右侧相机能够完整拍摄到特制靶标的右侧平面标定板，左右相机各采集一幅特制靶标图像。如图6所示，在特制靶标的中心位置建立运动坐标系mcs，特制靶标可以沿运动坐标系的三个轴平移，绕三个轴旋转。参考图6中特制靶标的运动示意图调整特制靶标的姿态，且始终保证左右相机能够同时拍摄到完整的平面标定板。利用左右相机同时采集不同姿态下的特制靶标图像，左右相机分别至少采集10幅以上。记左右相机采集的靶标图像序列为：
I＝{Iij|i＝1,2,j＝1,2,3...n}； (8)
其中，i＝1表示左侧相机采集的靶标图像，i＝2表示右侧相机采集的靶标图像，n为任意一侧相机采集的靶标图像数量。
通过上述可知，在一个实施例中，通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像，可以包括：通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机分别至少采集10幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像，可以提高轨道几何检测系统标定的精度。
通过上述可知，在一个实施例中，通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像，包括：在保证左右两侧相机能够同时拍摄到完整的对应平面标定板的情况下，通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标沿运动坐标系的三个轴平移，绕三个轴旋转不同姿态下的平面标定板图像，可以提高轨道几何检测系统标定的精度。
在一个实施例中，提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数，可以包括：
提取每幅标定板图像的特征点，得到对应特征点的像素坐标；
根据预先获取的左右侧激光摄像组件中相机的内参矩阵，将特征点的像素坐标变换到靶标坐标系下；
建立两侧激光摄像组件的参考坐标系，将靶标坐标系下的特征点坐标变换到各自的参考坐标系下；
根据参考坐标系下左右平面标定板的特征点对，构建所述非线性优化目标函数。
具体实施时，上述构建所述非线性优化目标函数的实施方式进一步提高了轨道几何检测系统标定的精度。下面详述非线性优化目标函数的步骤(即下面第3步至第6步)。
第3步，提取每幅标定板图像的特征点，得到对应特征点的像素坐标，以计算相机坐标系到每幅图像对应的靶标坐标系的变换关系。图7A-图7B是两侧相机采集的特制靶标某个姿态下的平面标定板图像，下面以左侧平面标定板图像为例，阐述特征点提取过程。平面标定板共有49(7×7＝49)个黑色圆点，每个圆点的圆心就是一个特征点。如图8所示，首先，对左侧标定板图像阈值处理，得到图像中黑色圆点区域，然后获取每个黑色圆点的边界，对每个边界拟合圆(或拟合椭圆)，则拟合圆的圆心坐标就是对应特征点的像素坐标，记为：
其中，j为标定板图像的索引，k为每幅图像中特征点的索引，n为左侧相机采集的标定板图像数量。基于张正友相机标定方法，在左侧相机内部参数已知的前提下，计算左侧相机坐标系到每幅标定板图像对应的靶标坐标系的变换关系，包括旋转矩阵
和平移向量
其中，j为标定板图像的索引，n为左侧相机采集的标定板图像数量。
通过上述可知，在一个实施例中，所述标记点可以为黑色圆点；
提取每幅标定板图像的特征点，得到对应特征点的像素坐标，可以包括：
对标定板图像进行阈值处理，得到标定板图像中黑色圆点区域；
获取每个黑色圆点的边界；
对每个边界拟合圆或椭圆，将拟合圆或椭圆的圆心坐标作为所述对应特征点的像素坐标。
具体实施时，上述得到对应特征点的像素坐标的实施方式进一步提高了轨道几何检测系统标定的精度。
第4步，将特征点像素坐标变换到靶标坐标系下。同样以左侧相机为例，阐述坐标变换过程。由于左侧相机采集了不同姿态下的特制靶标的平面标定板图像，因此，每幅标定板图像对应了一个新的靶标坐标系，共有n个靶标坐标系。对于第j幅标定板图像，相机坐标系到当前靶标坐标系的旋转矩阵和平移向量分别为
和
该幅图像的特征点坐标为
因此，通过式(1)即可得到特征点在对应的靶标坐标系下的坐标，记为
第5步，建立两侧激光摄像组件的参考坐标系rcs1和rcs2，将靶标坐标系下的特征点坐标变换到各自的参考坐标系下。取第一个姿态下的平面标定板图像作为参考图像，将当前姿态下的左侧靶标坐标系视为左侧组件的参考坐标系rcs1，同时将当前姿态下的右侧靶标坐标系视为右侧组件的参考坐标系rcs2。同样以左侧相机为例，阐述坐标变换过程，则：
通过式：
计算参考坐标系rcs1到第j个姿态对应的靶标坐标系的旋转矩阵
和平移向量
通过式：
将第j个姿态下的左侧标定板的特征点坐标变换到参考坐标系rcs1中，得到第j个姿态下的左侧标定板的特征点在左侧参考坐标系下的坐标
采用同样方法，可以得到第j个姿态下的右侧标定板的特征点在右侧参考坐标系下的坐标
图9和图10分别给出了参考坐标系rcs1下的左侧相机获取的特征点，以及参考坐标系rcs2下的右侧相机获取的特征点。
第6步，构建非线性优化目标函数，求解左右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量。如图11所示，将特制靶标的左右平面标定板的特征点依次编号为1到49，记左侧平面标定板的第k个特征点为Pk，右侧平面标定板的第k个特征点为Qk，Pk与Qk称为第k个特征点对，它们之间的距离为Dk，则第j个姿态下左右平面标定板第k个对应特征点对之间的距离jDk可表示为：
其中，
和
分别表示左侧参考坐标系rcs1到右侧参考坐标系rcs2的旋转矩阵和平移向量。
由于左右两个平面标定板通过连接杆刚性连接，因此，在特制靶标移动或旋转过程中，左右平面标定板(右平面标定板和右平面标定板)的第k个特征点对之间的距离Dk总是保持不变。记第j+1个姿态下左右平面标定板的第k个特征点对之间的距离为j+1Dk，则无论特制靶标的姿态如何变换，j+1Dk与jDk总是相等的，即满足式：
jEk＝jDk-j+1Dk＝0,j＝1,2,3...n-1,k＝1,2,3...49； (14)
其中，jEk是两个不同姿态下的第k个特征点对之间的距离之差。根据这个特点，构建非线性优化目标函数f(R,t)：
寻找使f取得最小值的旋转矩阵
和平移向量
从而可以得到左侧参考坐标系rcs1到右侧参考坐标系rcs2的旋转矩阵
和平移向量
第7步，求解左右相机坐标系的变换关系。在得到左侧参考坐标系rcs1到右侧参考坐标系rcs2的旋转矩阵
和平移向量
后，首先通过式：
计算左侧相机坐标系ccs1到右侧参考坐标系rcs2的旋转矩阵
和平移向量
其中，
在此基础上，通过式：
计算左侧相机坐标系ccs1到右侧相机坐标系ccs2的旋转矩阵
和平移向量
其中，
通过上述可知，在一个实施例中，根据所述非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系，可以包括：
寻找使非线性优化目标函数取得最小值时对应的旋转矩阵和平移向量，得到左侧参考坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量；
根据左侧参考坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量，得到左侧相机坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量；
根据左侧相机坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系(旋转矩阵
和平移向量
)。
具体实施时，上述得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系的实施方式进一步提高了轨道几何检测系统标定的精度。
另外，本发明实施例中特制靶标的2个平面标定板可以选择圆形点阵，也可以选择棋盘格，如图12所示。
同时，为了便于理解本发明实施例提供的轨道几何检测系统标定方案，下面再介绍相关技术术语的名词解释。
坐标系C1到坐标系C2的旋转矩阵
和平移向量
可表示为：
其中，
旋转矩阵
和平移向量
表示坐标系c1首先经过平移向量
将坐标系c1平移到坐标系c2，得到临时坐标系t1，此时坐标系的t1和c2的原点重合，然后坐标系t1绕t1的X轴旋转角度α得到临时坐标系t2，然后坐标系t2绕t2的Y轴旋转角度β得到临时坐标系t3，然后坐标系t3绕t3的Z轴旋转角度γ，最终得到坐标系c2。
本发明实施例提供的轨道几何检测系统标定方案的特点是：
1)设计了特制靶标装置。
2)通过左右相机采集特制靶标不同姿态下的标定板图像，利用在特制靶标移动或旋转过程中，左右平面标定板的特征点对之间的距离保持不变的规律，构造非线性优化目标函数，通过非线性优化求解左右相机坐标系的变换关系。
3)非线性优化目标函数构建方法。
4)标定板图像的特征点提取方法。
本发明实施例提供的轨道几何检测系统标定方法的优点是：
1.特制靶标的连接杆和2个平面标定板属于刚性连接，因此，无论特制靶标如何运动，特制靶标的特征点对之间的距离总是保持恒定。通过左右相机分别获取一定数量的特征点对，并将这些特征点对在各自的参考坐标系下表示出来，相当于每个参考坐标系下各有一组点云数据，且这两组点云是成对关联在一起的，因此，两个相机坐标系的标定问题可以转化成两组点云数据的配准问题。
2.通过左右相机采集特制靶标不同姿态下的标定板图像，利用在特制靶标移动或旋转过程中，左右平面标定板的特征点对之间的距离保持不变的规律，构造非线性优化目标函数，通过非线性优化求解左右相机坐标系的变换关系。
本发明实施例中还提供了一种轨道几何检测系统标定装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与轨道几何检测系统标定方法相似，因此该装置的实施可以参见轨道几何检测系统标定方法的实施，重复之处不再赘述。
图14为本发明实施例中轨道几何检测系统标定装置的结构示意图，如图14所示，该装置包括：
采集单元01，用于通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；所述标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，所述平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；
构建单元02，用于提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；
标定单元03，用于根据所述非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
在一个实施例中，所述采集单元具体用于：通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机分别至少采集10幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像。
在一个实施例中，所述采集单元具体用于：在保证左右两侧相机能够同时拍摄到完整的对应平面标定板的情况下，通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标沿运动坐标系的三个轴平移，绕三个轴旋转不同姿态下的平面标定板图像。
在一个实施例中，所述构建单元具体用于：
提取每幅标定板图像的特征点，得到对应特征点的像素坐标；
根据预先获取的左右侧激光摄像组件中相机的内参矩阵，将特征点的像素坐标变换到靶标坐标系下；
建立两侧激光摄像组件的参考坐标系，将靶标坐标系下的特征点坐标变换到各自的参考坐标系下；
根据参考坐标系下左右平面标定板的特征点对，构建所述非线性优化目标函数。
在一个实施例中，所述标记点为黑色圆点；
提取每幅标定板图像的特征点，得到对应特征点的像素坐标，可以包括：
对标定板图像进行阈值处理，得到标定板图像中黑色圆点区域；
获取每个黑色圆点的边界；
对每个边界拟合圆或椭圆，将拟合圆或椭圆的圆心坐标作为所述对应特征点的像素坐标。
在一个实施例中，标定单元具体用于：
寻找使非线性优化目标函数取得最小值时对应的旋转矩阵和平移向量，得到左侧参考坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量；
根据左侧参考坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量，得到左侧相机坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量；
根据左侧相机坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述轨道几何检测系统标定方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述轨道几何检测系统标定方法的计算机程序。
本发明实施例中，轨道几何检测系统标定方案，通过：通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；根据非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。本发明可以标定左右两个激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轨道几何检测系统标定方法，其特征在于，包括：
通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；所述标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，所述平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；
提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；
根据所述非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
2.如权利要求1所述的轨道几何检测系统标定方法，其特征在于，通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像，包括：通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机分别至少采集10幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像。
3.如权利要求1所述的轨道几何检测系统标定方法，其特征在于，通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像，包括：在保证左右两侧相机能够同时拍摄到完整的对应平面标定板的情况下，通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标沿运动坐标系的三个轴平移，绕三个轴旋转不同姿态下的平面标定板图像。
4.如权利要求1所述的轨道几何检测系统标定方法，其特征在于，提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数，包括：
提取每幅标定板图像的特征点，得到对应特征点的像素坐标；
根据预先获取的左右侧激光摄像组件中相机的内参矩阵，将特征点的像素坐标变换到靶标坐标系下；
建立两侧激光摄像组件的参考坐标系，将靶标坐标系下的特征点坐标变换到各自的参考坐标系下；
根据参考坐标系下左右平面标定板的特征点对，构建所述非线性优化目标函数。
5.如权利要求4所述的轨道几何检测系统标定方法，其特征在于，所述标记点为黑色圆点；
提取每幅标定板图像的特征点，得到对应特征点的像素坐标，包括：
对标定板图像进行阈值处理，得到标定板图像中黑色圆点区域；
获取每个黑色圆点的边界；
对每个边界拟合圆或椭圆，将拟合圆或椭圆的圆心坐标作为所述对应特征点的像素坐标。
6.如权利要求4所述的轨道几何检测系统标定方法，其特征在于，根据所述非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系，包括：
寻找使非线性优化目标函数取得最小值时对应的旋转矩阵和平移向量，得到左侧参考坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量；
根据左侧参考坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量，得到左侧相机坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量；
根据左侧相机坐标系到右侧参考坐标系的旋转矩阵和平移向量，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
7.如权利要求1所述的轨道几何检测系统标定方法，其特征在于，所述非线性优化目标函数为：
式中，jEk＝jDk-j+1Dk＝0,j＝1,2,3...n-1,k＝1,2,3...49；
其中，
jEk是两个不同姿态下的第k个特征点对之间的距离之差，j为标定板图像的索引，k为特征点对的索引，n为任意一侧相机采集的图像数量，jDk为第j个姿态下左右平面标定板第k个对应特征点对之间的距离，j+1Dk为第j+1个姿态下左右平面标定板的第k个特征点对之间的距离，rcs1为左侧参考坐标系，rcs2为右侧参考坐标系，
为第j个姿态下左侧参考坐标系rcs1到右侧参考坐标系rcs2的旋转矩阵，
第j个姿态下左侧参考坐标系rcs1到右侧参考坐标系rcs2的平移向量，
为第j个姿态下的左侧标定板的特征点在左侧参考坐标系下的坐标，
为第j个姿态下的右侧标定板的特征点在右侧参考坐标系下的坐标。
8.一种轨道几何检测系统标定装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于通过轨道几何检测系统中左右两侧激光摄像组件中相机采集多幅标定靶标不同姿态下的平面标定板图像；所述标定靶标包括一个连接杆和设置在连接杆两端的两个所述平面标定板，所述平面标定板上设置有多个均匀分布的标记点，标定靶标设置在左右两侧激光摄像组件的工作范围内；
构建单元，用于提取每幅平面标定板图像的特征点，根据提取的左右平面标定板的特征点对，构建非线性优化目标函数；
标定单元，用于根据所述非线性优化目标函数，得到左右两侧激光摄像组件中相机坐标系之间的变换关系。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至7任一所述方法的计算机程序。
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