双相机单目视觉测量系统标定方法研究

【摘要】：机器视觉广泛应用于各类检验、工业自动化生产线、视觉导航、3D四轮定位等各个领域，相机标定是实现机器视觉测量的必要环节。高精度的相机标定能获得高精度的机器视觉测量。相机标定精度受到标定方法、靶标制作精度、图像特征点检测精度、镜头畸变等众多参数的影响。 本文以提高机器视觉测量系统参数标定精度为目标，主要研究双相机测量系统内部参数和外部参数的标定方法，主要内容如下： (1)相机内部参数标定原理和方法分析研究。阐述了相机投影模型的线性模型和非线性模型，为相机标定方法的仿真分析打下基础；阐述了相机经典标定方法：DLT法、张正友法以及Tsai两步法的标定原理，并对它们的标定精度进行分析；针对在相机镜头畸变较大情况下，DLT法标定精度较低的问题，提出迭代修正畸变的方法；针对张正友法中，平面靶标摆放的数目以及位姿布局对标定精度的影响，提出引入均匀设计的思想对靶标进行位姿布局的方法。经过一系列的仿真计算，结果显示这两种标定方法对相机内部参数标定精度有明显提高。 (2)双相机测量系统外部参数标定方法分析研究。在阐述了机器视觉相机外部参数标定方法的基础上，针对双相机3D四轮定位仪系统，两相机间位姿关系标定问题，提出了基于双平面靶标同轴旋转的标定方法。利用两靶标同轴旋转，以转轴为基准，计算两靶标的旋转中心点和旋转轴，实现外部参数的标定。实验表明该方法简单方便，满足精度要求。 (3)标定方法的实验研究。对相机内部参数和外部参数做实际实验测试，首先，通过张正友法的实验数据和DLT法的实验数据分别与本文方法的实验数据进行比较和验证；然后，通过实验说明切向畸变对相机内部参数和外部参数的影响；对双相机系统的外部参数进行实际测量实验；最后，将本文提出的两种方案与Tsai两步法进行对比，针对实验结果进行分析，证明我们的方法是可行的且效果较好。