CN116704045B - 用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法 - Google Patents

用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及星敏感器地面测试技术领域，特别涉及一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法，包括：确定标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；令各三维转台均处于初始的零位位置；利用标定板，标定各组相机装置中的高精度相机，确定各高精度相机的内参数和外参数；在每组相机装置中的三维转台的可转动轴框上设置标记点；选取两组相机装置，标定其余各组相机装置的三维转台；再选出另两组相机装置，标定在先选取的两组相机装置的三维转台；选定基准坐标系，确定其余各组相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，得到多相机系统的外参数。本发明能够快速、准确地对用于监测星空系统的多相机及转台进行标定。

Description

用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法
技术领域
本发明实施例涉及星敏感器地面测试技术领域，特别涉及一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法以及星空背景模拟系统监测方法。
背景技术
星敏感器是卫星姿态控制系统的重要组成部分。为在地面进行星敏感器性能测试，常使用星空背景模拟系统(简称星空系统)来模拟星敏感器所处的星空背景环境。星空系统模拟的各个星点在真空环境腔内部实现，模拟星点的位置作为测量基准，要求其在测试过程中保持稳定。因此，需要在真空条件下对各个单星模拟器及支撑结构的结构变形进行实时监测。
为实现非接触式测量，可采用相机拍摄图像实现变形监测。考虑到模拟星空环境所需范围较大，单相机拍摄范围有限，可采用转台带动相机移动，扩大单相机可拍摄范围，并利用多相机相互配合，实现对所有单星模拟器及支撑结构的监测。为解算相机拍摄的图像，需对相机进行标定，但相机及转台设置在真空环境腔内部，且拍摄范围大，工作环境出入困难，难以通过常规的标定技术对其进行标定。因此，如何快速、准确地对用于监测星空系统的多相机及转台进行标定，成为精确监测星空系统的难点。
发明内容
为快速标定用于监测星空背景模拟系统的多相机及转台，本发明实施例提供了一种标定方法，能够高效、非接触地完成相机标定，以便建立图像像素点和三维空间点的联系，为精确监测星空系统提供技术支持。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法，其中，
用于监测星空背景模拟系统的多相机系统包括至少四组相机装置；每组所述相机装置均包括三维转台和高精度相机，高精度相机设于三维转台并能够跟随三维转台移动，各组所述相机装置相互可视；
该标定方法包括：
将标定板置于星空背景模拟系统的真空环境腔内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
调整各组所述相机装置，令各三维转台均处于初始的零位位置；
利用所述标定板，标定各组所述相机装置中的高精度相机，确定各高精度相机的内参数和外参数；
在每组所述相机装置中的三维转台的可转动轴框上设置标记点；
选取两组所述相机装置，并通过选出的两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的三维转台，根据标志点的运动轨迹，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的三维转台，根据标志点的运动轨迹，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，得到多相机系统的外参数；所述多相机系统的外参数包括各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系。
可选地，所述标定所述标定板，包括：
建立世界坐标系Ow-XwYwZw；
利用摄影测量相机拍摄所述标定板及铟钢基准尺，通过单相机后方交会法，确定所述标定板上的标志点及所述铟钢基准尺上的基准点在世界坐标系Ow-XwYwZw的空间三维坐标；所述铟钢基准尺上的多个所述基准点相对位置关系经过校准；
利用所述铟钢基准尺的所述基准点的相对位置及空间三维坐标，校正所述标志点在世界坐标系Ow-XwYwZw的空间三维坐标，得到所述标定板上的所述标志点在世界坐标系下的三维表示。
可选地，所述调整各组所述相机装置，令三维转台均处于初始的零位位置，包括：
通过各组所述相机装置中的三维转台调整相应高精度相机的光轴，令各高精度相机的光轴均指向所述标定板，拍摄范围覆盖所述标定板及其余所述相机装置，设置各三维转台当前位置为初始的零位位置。
可选地，所述利用所述标定板，标定各组所述相机装置中的高精度相机，包括：
令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点；
根据各所述相机装置采集的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解各高精度相机的内参数和外参数；
根据每一对所述相机装置采集的相同的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解一对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系。
可选地，所述令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点，包括：
令每一对所述相机装置同时采集所述标定板上相同的所述标志点，并记录所述标志点在世界坐标系下的三维表示；
调整所述标定板的位置后，重复上一步骤，直至采集到足够多的标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示。
可选地，所述通过选出的两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的三维转台，包括：
对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
令选出的两组所述相机装置中的两个三维转台均保持零位位置不变动，以两个高精度相机组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的三维转台分别绕三轴转动过程中的标记点运动轨迹；所述标记点运动轨迹记录在测量坐标系下；
根据拍摄的标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中三维转台的转台坐标系；
结合各对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
可选地，所述根据拍摄的标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中三维转台的转台坐标系，包括：
在测量坐标系下，分别根据三维转台绕轴转动过程中的标记点运动轨迹，解算三维转台运动的转轴向量；
根据解算所得的三个转轴向量建立转台坐标系，确定转台坐标系原点及三轴方向。
可选地，所述标定板及铟钢基准尺通过移动装置设于星空背景模拟系统的真空环境腔内，位于星空背景模拟系统的星模拟器的一侧；
该标定方法还包括：
定期利用所述标定板及铟钢基准尺，重新标定所述多相机系统。
可选地，该标定方法中，各高精度相机拍摄图像均在真空条件下完成。
第二方面，本发明实施例还提供了一种星空背景模拟系统监测方法，包括：
采用如上述任一项所述的多相机系统标定方法对用于监测星空背景模拟系统的多相机系统进行标定，确定多相机系统的内参数和外参数；其中，所述多相机系统的内参数包括各高精度相机的内参数，所述多相机系统的外参数包括各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，各高精度相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机的外参数；
基于多相机系统的内参数和外参数，确定各高精度相机拍摄图像与三维空间的对应关系；
通过各所述相机装置拍摄星空背景模拟系统中各个单星模拟器及支撑结构；
基于拍摄的图像及各高精度相机拍摄图像与三维空间的对应关系，解算拍摄的图像。
本发明实施例提供了一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法，先对多相机系统中的相机参数进行标定，再利用标定后的高精度相机标定相机与转台坐标关系，最终建立可旋转的相机所拍摄图像像素点与真实三维空间点之间的映射关系，能够快速、准确地对用于监测星空系统的多相机及转台进行标定。
本发明实施例还提供了一种星空背景模拟系统监测方法，本发明采用多相机及转台组成的多相机系统拍摄星空背景模拟系统的各个单星模拟器及支撑结构，并基于多相机系统标定结果解算图像信息，可以实现大尺寸范围的工业结构件变形监测快速测量。
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余的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种多相机系统标定方法流程图；
图2是本发明一实施例提供的一种多相机系统结构示意图；
图中：1：高精度相机；2：三维转台；3：标定板；4：铟钢基准尺；5：摄影测量相机。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其余实施例，都属于本发明保护的范围。
如前所述，对星敏感器性能的测试需使用星空系统，星空系统在真空环境腔内部实现。采用多相机及转台相互配合的多相机系统，有利于实现大尺寸、非接触式、自动化地结构变形监测。为精确解算相机拍摄的图像，需对相机进行标定，以确定像素点和实际三维空间的映射关系，并且一旦相机位置发生变动，就需要重新标定。但用于监测星空系统的多相机系统也设置在真空环境腔内部，且拍摄范围大，工作环境出入困难，难以通过常规的标定技术对其进行标定。因此，如何快速、准确地对用于监测星空系统的多相机及转台进行标定，成为精确监测星空系统的难点。
有鉴于此，本发明提供了一种标定方法，该方法先利用标定板标定相机，再利用标定后的相机标定转台与相机的关系，省去了很多外部参与标定的步骤，有利于提高标定效率，降低多相机系统的标定难度，为实现在真空环境下监测空间大尺寸结构件提供技术支持。
下面描述以上构思的具体实现方式。
请参考图1，本发明实施例提供了一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法，用于监测星空背景模拟系统的多相机系统包括至少四组相机装置，每组所述相机装置均包括三维转台2和高精度相机1，高精度相机1对应的设置在三维转台2上并能够跟随三维转台2移动，各组所述相机装置相互可视，即，各相机装置中的高精度相机1能够拍摄到其余任意相机装置中的高精度相机1及三维转台2；
该标定方法包括：
步骤100，将标定板3置于星空背景模拟系统的真空环境腔内，标定所述标定板3，确定所述标定板3上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
步骤102，调整各组所述相机装置，令各三维转台2均处于初始的零位位置；
步骤104，利用所述标定板3，标定各组所述相机装置中的高精度相机1，确定各高精度相机1的内参数和外参数；
高精度相机1的外参数，即，三维空间点如何由世界坐标系变换到相机坐标系的映射关系，也即相机坐标系在世界坐标系下的位姿关系；高精度相机1的内参数包括相机的焦距f、像主点偏差参数xp和yp，镜像畸变参数k1、k2和k3，偏心畸变参数p1和p2以及平面畸变参数ap1和ap2；
步骤106，在每组所述相机装置中的三维转台2的可转动轴框上设置标记点；
三维转台2的可转动轴框与搭载的高精度相机1相对位置固定；
步骤108，选取两组所述相机装置，并通过选出的两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的三维转台2，确定各三维转台2的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，即确定各组所述相机装置中三维转台2的转台坐标系变换到对应的高精度相机1的相机坐标系下的变化关系；
两个经标定的高精度相机1相对位置不变，可构成双目成像系统，用于测定可视范围内的其余相机装置；
步骤110，再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的三维转台2，根据标志点的运动轨迹，确定各三维转台2的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
再选出的另两个高精度相机1同样可以构成双目成像系统，用于测定可视范围内的其余相机装置；
步骤112，选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，得到多相机系统的外参数；所述多相机系统的外参数包括各三维转台2的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机1的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系。
本发明实施例的多相机系统标定方法最终确定多相机系统的内参数和外参数，多相机系统的内参数包括各高精度相机1的内参数，多相机系统的外参数包括各三维转台2的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，各高精度相机1的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机1的外参数。本发明先对多相机系统中的相机参数进行标定，再利用标定后的高精度相机1标定相机与转台坐标关系，最终建立可旋转的相机所拍摄图像像素点与真实三维空间点之间的映射关系，为实现大范围结构变形监测提供了技术支持。
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
可选地，针对步骤100，标定所述标定板3进一步包括：
步骤100-0，建立世界坐标系Ow-XwYwZw；
步骤100-2，利用摄影测量相机5拍摄所述标定板3及铟钢基准尺4，通过单相机后方交会法，确定所述标定板3上的标志点及所述铟钢基准尺4上的基准点在世界坐标系Ow-XwYwZw的空间三维坐标；
所述铟钢基准尺4上的多个所述基准点相对位置关系经过校准，如可交由计量院校准，以确定各基准点间实际距离；
摄影测量相机5独立于用于监测星空系统的多相机系统，但也可以设置在真空环境腔内部；
步骤100-4，利用铟钢基准尺4的所述基准点的相对位置及空间三维坐标，校正所述标志点在世界坐标系Ow-XwYwZw的空间三维坐标，得到所述标定板3上的所述标志点在世界坐标系下的三维表示。
铟钢基准尺4膨胀系数极低，小于0.1μm/℃，适用于高温真空环境。铟钢基准尺4可固定于标定板3表面，也可独立设置在世界坐标系Ow-XwYwZw下，用于校准标定板3物方空间精度。利用单相机后方交会方法测量所述标定板3上的标志点的位置，可获得标定板3上每个标志点的相对位置关系，再按照铟钢基准尺4上经过校准的各基准点的相对位置及空间三维坐标进行修正，即可确定各个标志点在世界坐标系下的三维表示。
可选地，针对步骤102，令各三维转台2均处于初始的零位位置进一步包括：
通过各组所述相机装置中的三维转台2调整相应高精度相机1的光轴，令各高精度相机1的光轴均指向所述标定板3，各高精度相机1的拍摄范围覆盖所述标定板3及其余所述相机装置(即除该高精度相机1所属的相机装置之外的其他相机装置)，设置各三维转台2当前位置为初始的零位位置。
采用上述实施例令各相机装置初始状态相互可视，后续即可利用高精度相机1相互标定三维转台2，无需再调整三维转台2，有利于减少误差，精确获得转台坐标系与相机坐标系之间的对应关系。
可选地，针对步骤104，标定各组所述相机装置中的高精度相机1进一步包括：
步骤104-0，令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板3上相同的所述标志点；此处相同的标志点是指相对于标定板3及世界坐标系均位置相同的标志点；
步骤104-2，根据各所述相机装置采集的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解各高精度相机1的内参数和外参数；求解内参数的方式可参考现有技术，在此不再进一步赘述；
步骤104-4，根据每一对所述相机装置采集的相同的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解一对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系。
上述实施例采用两个高精度相机1拍摄相同的标志点的方式，建立两个相机坐标系之间的联系，也即确定了一个相机坐标系在另一个相机坐标系下的位姿关系，实际上完成了相机与相机间关系的标定。
进一步地，所述步骤104-0包括：
令每一对所述相机装置同时采集所述标定板3上相同的所述标志点，并记录所述标志点在世界坐标系下的三维表示；
调整所述标定板3的位置后，重复上一步骤，直至采集到足够多的标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示。
上述实施例通过调整所述标定板3的位置，能够获得更多的标志点用于标定高精度相机1，提高标定结果的准确性。进一步地优选地，调整所述标定板3的位置后，对于标志点在世界坐标系下的三维表示，可采用利用铟钢基准尺4再次进行校正。
可选地，所述步骤106设置标记点包括：
在三维转台2的相机座(即最内层的可转动轴框)上设置标记点，和/或
在三维转台2的每一层可转动轴框上设置标记点，以便采集到三维转台2在三个维度上转动运动。
可选地，步骤108中标定其余各组所述相机装置的三维转台2，包括：
步骤108-0，对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
步骤108-2，令选出的两组所述相机装置中的两个三维转台2均保持零位位置不变动，以两个高精度相机1组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的三维转台2分别绕三轴转动过程中的标记点运动轨迹；所述标记点运动轨迹记录在测量坐标系下；
步骤108-4，根据拍摄的标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中三维转台2的转台坐标系；
步骤108-6，结合各对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，将其余各组所述相机装置中三维转台2的转台坐标系由测量坐标系变换到对应的相机坐标系下，即确定各三维转台2的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
进一步地，步骤108-4包括：
在测量坐标系下，分别根据三维转台2绕轴转动过程中的标记点运动轨迹，解算三维转台2运动的转轴向量；
根据解算所得的三个转轴向量建立转台坐标系，确定转台坐标系原点及三轴方向。
上述实施例采用两个高精度相机1组成双目成像系统，拍摄三维转台2绕轴转动过程中的标记点运动轨迹，例如可令三维转台2先绕一个转轴旋转，每间隔10°进行一次拍摄，确定标记点位置，完成360°转动后，根据多个标记点位置拟合圆周，圆周的法线即转轴向量方向，再令三维转台2绕另一个转轴旋转，重复上述过程，拟合圆周，两个圆周的法线的交点及转台坐标系原点，再令三维转台2绕另一个转轴旋转，重复上述过程，最终确定转台坐标系在测量坐标系下的表示。
针对步骤110，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的三维转台2，可采用与步骤108同样的方式，在此不再赘述。优选地，步骤110还可对步骤108以标定的三维转台2进行重复标定，以验证标定结果是否准确可靠。
针对步骤112，以其中一组所述相机装置的相机坐标系为基准坐标系有利于统一相机与相机、相机与转台间的对应关系。在其他实施例中，也可采用世界坐标系作为基准坐标系。
在一些优选的实施例中，所述标定板3及铟钢基准尺4通过移动装置设于星空背景模拟系统的真空环境腔内，位于星空背景模拟系统的星模拟器的一侧；
该方法还包括：
定期利用所述标定板3及铟钢基准尺4，重新标定所述多相机系统。
上述实施例将所述标定板3及铟钢基准尺4通过移动装置设于真空环境腔内，位于星模拟器一侧，考虑到三维转台2可以移动，拍摄星模拟器及支撑结构进行测量可与拍摄标定板3进行标定互不干扰。
进一步地，本发明提供的用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法中，各高精度相机1拍摄图像均在真空条件下完成。
采用上述实施例，进行标定时，通过调节三维转台2将高精度相机1的光轴均指向所述标定板3，完成标定后通过调节三维转台2将高精度相机1的光轴转向星模拟器，所述标定板3及铟钢基准尺4无需取出真空环境腔，且在使用一段时间后，可重新利用所述标定板3及铟钢基准尺4标定所述多相机系统，无需反复开启真空环境腔，操作过程更加简单，且有利于提高标定精度。
具体地，如图2所示，本发明提供的一个实施例中，多相机系统包括四组相机装置(即高精度相机A与三维转台A、高精度相机B与三维转台B、高精度相机C与三维转台C、高精度相机D与三维转台D)，该标定方法中：
步骤100中，利用摄影测量相机5，通过单相机后方交会法，标定标定板上标志点的空间三维坐标，并使用校准后的铟钢基准尺校正标志点的空间点三维坐标，标定板表示在世界坐标系Ow-XwYwZw下；
步骤102中，通过三维转台调整四个高精度相机的光轴，同时指向标定板，且标定板在高精度相机测量范围内，设置四个承载相机的三维转台为零位位置；
步骤104中，令四个高精度相机中两两相机分别采集相同位置标定板图像时，将标定板置于相机测量的合适位置，多次调整标定板的空间位姿，使得每两台相机采集到更多的标志点，通过软件提取每两台相机同时采集的标志点，此时标志点分别表示在相机坐标系OA-XAYAZA、OB-XBYBZB、OC-XCYCZC、OD-XDYDZD下，通过两两相机采集相同位置标定板的标志点(也称同名点)坐标，求解出各高精度相机的内参数与两两相机外参数关系，即相机坐标系之间的变换关系；
步骤108中，选取高精度相机A与高精度相机B组成双目成像系统，采用双目后方交会测量法，在高精度相机A与高精度相机B建立的测量坐标系(测量坐标系可选OA-XAYAZA)下，高精度相机A与高精度相机B通过软件采集三维转台C与三维转台D上标志点的运行轨迹，标定承载高精度相机C的三维转台C、承载高精度相机D的三维转台D的转台坐标系O′C-X′C Y′C Z′C、O′D-X′D Y′D Z′D；
步骤110中，选取高精度相机C与高精度相机D组成双目成像系统，标定标定承载高精度相机A的三维转台A、承载高精度相机B的三维转台B的转台坐标系O′A-X′A Y′A Z′A、O′B-X′B Y′B Z′B；
然后进行坐标系转换，解出相机坐标系OC-XCYCZC下转台坐标系O′C-X′C Y′C Z′C，相机坐标系O′D-X′DY′DZ′D下转台坐标系OD-X′D Y′D Z′D；相机坐标系OA-XAYAZA与转台坐标系O′A-X′A Y′A Z′A及相机坐标系OB-XBYBZB与转台坐标系O′B-X′B Y′B Z′B关系建立同上。
步骤112中确定多相机系统的外参数，包括各相机坐标系对应的转台坐标系位姿关系，以高精度相机A的相机坐标系OA-XAYAZA为基准坐标系下高精度相机B相机坐标系OB-XBYBZB、高精度相机C相机坐标系OC-XCYCZC、高精度相机D相机坐标系OD-XDYDZD的位姿关系。多相机系统的内参数包括四个高精度相机的内参数，多相机系统的外参数还包括各高精度相机的外参数，此部分信息在前述步骤中进行确定。
本发明实施例还提供了一种星空背景模拟系统监测方法，包括：
采用如上述任一项实施例所述的多相机系统标定方法对用于监测星空背景模拟系统的多相机系统进行标定，确定多相机系统的内参数和外参数；其中，所述多相机系统的内参数包括各高精度相机的内参数，所述多相机系统的外参数包括各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，各高精度相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机的外参数；
基于多相机系统的内参数和外参数，确定各高精度相机拍摄图像与三维空间的对应关系；
通过各所述相机装置拍摄星空背景模拟系统中各个单星模拟器及支撑结构；
基于拍摄的图像及各高精度相机拍摄图像与三维空间的对应关系，解算拍摄的图像。
上述实施例具有高精度、自动化、非接触式测量、抗干扰能力强等特点，能够有效解决真空环境下空间大尺寸结构件无法监测的难题，可以实现大尺寸范围的工业结构件变形监测快速测量，且较为方便、快捷，省去了很多外部参与标定的测量系统。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其余变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其余要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法，其特征在于，
用于监测星空背景模拟系统的多相机系统包括至少四组相机装置；每组所述相机装置均包括三维转台和高精度相机，高精度相机设于三维转台并能够跟随三维转台移动，各组所述相机装置相互可视；
该标定方法包括：
将标定板置于星空背景模拟系统的真空环境腔内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
调整各组所述相机装置，令各三维转台均处于初始的零位位置；
利用所述标定板，标定各组所述相机装置中的高精度相机，确定各高精度相机的内参数和外参数；
在每组所述相机装置中的三维转台的可转动轴框上设置标记点；
选取两组所述相机装置，并通过选出的两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的三维转台，根据标记点的运动轨迹，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的三维转台，根据标记点的运动轨迹，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，得到多相机系统的外参数；所述多相机系统的外参数包括各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系；
其中，所述利用所述标定板，标定各组所述相机装置中的高精度相机，包括：
令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点；
根据各所述相机装置采集的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解各高精度相机的内参数和外参数；
根据每一对所述相机装置采集的相同的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解每一对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系；
所述通过选出的两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的三维转台，包括：
对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
令选出的两组所述相机装置中的两个三维转台均保持零位位置不变动，以两个高精度相机组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的三维转台分别绕三轴转动过程中的标记点运动轨迹；所述标记点运动轨迹记录在测量坐标系下；
根据拍摄的标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中三维转台的转台坐标系；
结合各对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述标定所述标定板，包括：
建立世界坐标系Ow-XwYwZw；
利用摄影测量相机拍摄所述标定板及铟钢基准尺，通过单相机后方交会法，确定所述标定板上的标志点及所述铟钢基准尺上的基准点在世界坐标系Ow-XwYwZw的空间三维坐标；所述铟钢基准尺上的多个所述基准点相对位置关系经过校准；
利用所述铟钢基准尺的所述基准点的相对位置及空间三维坐标，校正所述标志点在世界坐标系Ow-XwYwZw的空间三维坐标，得到所述标定板上的所述标志点在世界坐标系下的三维表示。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述调整各组所述相机装置，令三维转台均处于初始的零位位置，包括：
通过各组所述相机装置中的三维转台调整相应高精度相机的光轴，令各高精度相机的光轴均指向所述标定板，拍摄范围覆盖所述标定板及其余所述相机装置，设置各三维转台当前位置为初始的零位位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点，包括：
令每一对所述相机装置同时采集所述标定板上相同的所述标志点，并记录所述标志点在世界坐标系下的三维表示；
调整所述标定板的位置后，重复上一步骤，直至采集到足够多的标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述根据拍摄的标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中三维转台的转台坐标系，包括：
在测量坐标系下，分别根据三维转台绕轴转动过程中的标记点运动轨迹，解算三维转台运动的转轴向量；
根据解算所得的三个转轴向量建立转台坐标系，确定转台坐标系原点及三轴方向。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述标定板及铟钢基准尺通过移动装置设于星空背景模拟系统的真空环境腔内，位于星空背景模拟系统的星模拟器的一侧；
该方法还包括：
定期利用所述标定板及铟钢基准尺，重新标定所述多相机系统。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
该标定方法中，各高精度相机拍摄图像均在真空条件下完成。
8.一种星空背景模拟系统监测方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求1-7任一项所述的多相机系统标定方法对用于监测星空背景模拟系统的多相机系统进行标定，确定多相机系统的内参数和外参数；其中，所述多相机系统的内参数包括各高精度相机的内参数，所述多相机系统的外参数包括各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，各高精度相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机的外参数；
基于多相机系统的内参数和外参数，确定各高精度相机拍摄图像与三维空间的对应关系；
通过各所述相机装置拍摄星空背景模拟系统中各个单星模拟器及支撑结构；
基于拍摄的图像及各高精度相机拍摄图像与三维空间的对应关系，解算拍摄的图像。
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