基于二元四次多項式畸變誤差補償?shù)碾p遠心鏡頭標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種雙遠屯、鏡頭標(biāo)定方法，特別是設(shè)及一種基于二元四次多項式崎變 誤差補償?shù)碾p遠屯、鏡頭標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工程領(lǐng)域中，具有復(fù)雜外形曲線、曲面特征的零件發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此精 確高效地評定其輪廓曲線、曲面等外形特征具有重要意義。傳統(tǒng)測量技術(shù)對該些零件的測 量具有很大的局限性，視覺測量技術(shù)作為一口新興的測量技術(shù)具有測量速度快、精度高等 特點，已經(jīng)獲得了迅速的發(fā)展，并在逆向工程、產(chǎn)品質(zhì)量檢巧U、精密制造等領(lǐng)域得到了廣泛 的應(yīng)用。近年來，隨著光學(xué)器件的發(fā)展，視覺測量中越來越多的采用雙遠屯、鏡頭進行場景獲 取和檢測。該是由于雙遠屯、鏡頭較普通鏡頭具有更低的崎變，且在實際測量中，得益于其平 行投影的工作原理，平行于相機光軸的零件平面特征在成像平面上能夠成像為清晰的直線 特征，使零件測量和檢測變得方便快捷。但隨著我們對零件測量精度的要求越來越高，對雙 遠屯、鏡頭進行標(biāo)定就成為了獲得高精度測量結(jié)果必不可少的關(guān)鍵技術(shù)步驟。
[0003] 到目前為止，人們對相機標(biāo)定技術(shù)的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，提出了一些實用、高效的 標(biāo)定方法。該些相機標(biāo)定方法的研究絕大多數(shù)都是基于針孔成像模型的標(biāo)準鏡頭。由于雙 遠屯、鏡頭的平行投影原理不同于標(biāo)準鏡頭，所W標(biāo)準鏡頭的標(biāo)定方法也不適用于雙遠屯、鏡 頭的標(biāo)定。
[0004] 近幾年，隨著雙遠屯、鏡頭在高精度測量中扮演著越來越重要的角色，人們 也開始研究雙遠屯、鏡頭的標(biāo)定技術(shù)。文獻"Telecentricstereomicro-vision system:Calibrationmethodandexperiments.OpticsandLasersin Engineering, 2014(57) :82-92"提出了一種基于平面模板的標(biāo)定方法，建立了遠屯、測量系 統(tǒng)的幾何模型，但在標(biāo)定過程中忽略了崎變中屯、對標(biāo)定精度的影響，并且只考慮了徑向崎 變對遠屯、鏡頭的崎變影響，從而影響了雙遠屯、鏡頭最終的標(biāo)定精度。目前并沒有一個準確、 成熟的雙遠屯、鏡頭標(biāo)定方法，且在實驗中發(fā)現(xiàn)采用現(xiàn)有的標(biāo)定方法得到的標(biāo)定精度并不理 想，究其原因主要為；現(xiàn)有的標(biāo)定方法在建立雙遠屯、鏡頭的標(biāo)定模型時并沒有考慮相機光 軸與成像平面的交點（崎變中屯、）的標(biāo)定，而是直接將其認定為圖像的中屯、；另外現(xiàn)有的標(biāo) 定方法在進行雙遠屯、鏡頭的崎變誤差補償時一般只考慮了徑向崎變或直接忽略崎變的影 響，從而影響了最終的標(biāo)定精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有雙遠屯、鏡頭標(biāo)定方法精度低的不足，本發(fā)明提供一種基于二元四次 多項式崎變誤差補償?shù)碾p遠屯、鏡頭標(biāo)定方法。該方法采用雙遠屯、鏡頭和CCD相機搭建遠屯、 測量系統(tǒng)，調(diào)整棋盤格標(biāo)定板在試驗臺上的位置W獲得清晰地標(biāo)定板圖像，應(yīng)用Harris算 法獲得棋盤格圖像的亞像素角點坐標(biāo)；考慮到崎變中屯、會對標(biāo)定精度產(chǎn)生影響，在建立雙 遠屯、鏡頭的平行投影模型時引入了U。和V。;根據(jù)現(xiàn)有的崎變模型，采用二元四次多項式進 行崎變誤差補償；標(biāo)定求解過程中根據(jù)所建立模型的特點采用=步法，并且w標(biāo)定參數(shù)線 性求解結(jié)果作為非線性優(yōu)化輸入?yún)?shù)的初值，提高了優(yōu)化的效率。本發(fā)明方法標(biāo)定過程簡 單，無需其他特殊的實驗設(shè)備，提高了雙遠屯、鏡頭的標(biāo)定精度。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是；一種基于二元四次多項式崎變誤差 補償?shù)碾p遠屯、鏡頭標(biāo)定方法，其特點是采用W下步驟：
[0007] 步驟1、采用CCD相機和雙遠屯、鏡頭搭建遠屯、測量系統(tǒng)；
[000引步驟2、調(diào)整遠屯、測量系統(tǒng)和棋盤格標(biāo)定板，利用步驟1搭建的遠屯、測量系統(tǒng)采集 若干幅棋盤格標(biāo)定板的平面圖像；
[0009] 步驟3、對步驟2采集的棋盤格標(biāo)定板圖像進行處理，提取棋盤格角點的亞像素坐 標(biāo)（U",V");
[0010] 步驟4、根據(jù)雙遠屯、鏡頭的工作原理，建立雙遠屯、鏡頭的平行投影模型；
[0011]
(1)
[001引其中，（Uu，Vu)為用像素表示的物點理論圖像坐標(biāo)，X"，Y"，2"為物點在世界坐標(biāo)系中 的坐標(biāo)，屯和dy分別為X和y方向上的像素尺寸，（U。，V。）為崎變中屯、點的坐標(biāo)，即CCD相機 光軸與圖像平面的交點，m為雙遠屯、鏡頭的放大倍率，R=bu]為旋轉(zhuǎn)矩陣，T= [t,，ty，tj T為平移矩陣。
[0013] 雙遠屯、鏡頭在標(biāo)定時，物點從世界坐標(biāo)系到攝像機坐標(biāo)系的變換表示為：
[0014]
(2)
[001引其中，X。Y。Zc為物點在攝像機坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
[0016] 由于雙遠屯、鏡頭的平行投影，則從攝像機坐標(biāo)系到無崎變的圖像坐標(biāo)系的變換表 示為：
[0017]
(3)
[001引其中，（Xu,yj為物點的理想圖像坐標(biāo)。
[0019] 考慮崎變中屯、坐標(biāo)參數(shù)對崎變影響，則從用毫米表示的圖像坐標(biāo)到用像素表示的 圖像坐標(biāo)的變換表示為：
[0020]
(4)
[0021] 得到雙遠屯、鏡頭的平行投影模型式（1)。
[0022] 步驟5、考慮在標(biāo)定中采用二元四次多項式進行崎變誤差補償，建立如下所示的雙 遠屯、鏡頭的崎變模型：
[0023]
[0024] 其中，S濟5y分別為X和y方向上的崎變，a,和bj為崎變系數(shù)i= 1，2,…，15; j= 1，2,…，15。
[0025] 步驟6、根據(jù)步驟4和步驟5建立的雙遠屯、鏡頭的平行投影模型W及崎變模型，采 用=步法進行參數(shù)的求解；
[0026] 6. 1、不考慮雙遠屯、鏡頭的鏡頭崎變，按理想的平行投影進行求解，初步求得放大 倍率mW及旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T;
[0027] 6. 2、完成步驟6. 1后，考慮雙遠屯、鏡頭的崎變，初步求得崎變系數(shù)；
[002引 6. 3、在完成步驟6. 1和6. 2的求解后，W求解的參數(shù)值作為他們的初值，通過MATLAB優(yōu)化工具箱中的Levenberg-Marquar化算法對其進行優(yōu)化求解，W獲得更高的標(biāo) 定精度。
[0029] 本發(fā)明的有益效果是；該方法采用雙遠屯、鏡頭和CCD相機搭建遠屯、測量系統(tǒng)，調(diào) 整棋盤格標(biāo)定板在試驗臺上的位置W獲得清晰地標(biāo)定板圖像，應(yīng)用Harris算法獲得棋盤 格圖像的亞像素角點坐標(biāo)；考慮到崎變中屯、會對標(biāo)定精度產(chǎn)生影響，在建立雙遠屯、鏡頭的 平行投影模型時引入了U。和V。;根據(jù)現(xiàn)有的崎變模型，采用二元四次多項式進行崎變誤差 補償；標(biāo)定求解過程中根據(jù)所建立模型的特點采用=步法，并且W標(biāo)定參數(shù)線性求解結(jié)果 作為非線性優(yōu)化輸入?yún)?shù)的初值，提高了優(yōu)化的效率。本發(fā)明方法標(biāo)定過程簡單，無需其他 特殊的實驗設(shè)備，提高了雙遠屯、鏡頭的標(biāo)定精度。
[0030] 從圖3可W看出，采用本發(fā)明方法較【背景技術(shù)】方法獲得了更高的標(biāo)定精度。采用 二元四次多項式表示的崎變模型進行標(biāo)定求解時，其標(biāo)定殘差在U向和V向的最大值（絕 對值/像素）分別為0. 16120和0. 14510,小于采用【背景技術(shù)】方法的0. 72280和0. 60189 ; 其標(biāo)定殘差在U向和V向的均方差分別為0. 07274和0. 06543,小于采用【背景技術(shù)】方法的 0.25093和0.21196。與【背景技術(shù)】方法相比，本發(fā)明方法具有較大的優(yōu)勢。即采用本發(fā)明方 法對遠屯、鏡頭進行標(biāo)定時，遠屯、測量系統(tǒng)的標(biāo)定殘差的最大值和標(biāo)準差較現(xiàn)有方法分別減 少了 75 %和67%，標(biāo)定精度更高。
[0031] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明基于二元四次多項式崎變誤差補償?shù)碾p遠屯、鏡頭標(biāo)定方法的流程 圖。
[0033] 圖2是本發(fā)明方法所標(biāo)定雙遠屯、鏡頭的投影模型。
[0034] 圖3是本發(fā)明方法和【背景技術(shù)】方法優(yōu)化后標(biāo)定角點的殘差對比圖。
【具體實施方式】
[0035] 參照圖1-3。本發(fā)明基于二元四次多項式崎變誤差補償?shù)碾p遠屯、鏡頭標(biāo)定方法具 體步驟如下：
[0036] 步驟1 ;本實施例選擇BTOS的BT-2364雙遠屯、鏡頭W及維視圖像的MV-VD500SM 高分辨率相機。由于雙遠屯、鏡頭較重，為了避免相機與鏡頭連接處斷裂，將雙遠屯、鏡頭與相 機連接后安裝在雙遠屯、鏡頭固定架上，然后將其固定到由精密旋轉(zhuǎn)臺、精密角位臺W及導(dǎo) 軌裝置等組成的光學(xué)調(diào)整臺上，W方便調(diào)節(jié)相機的拍攝角度和位置。安裝完成后將相機連 接到PC端，打開