專利名稱：一種圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動化儀表中的圖像測量系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉 及一種圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
標(biāo)定技術(shù)是測量系統(tǒng)可靠與精度的保證，圖像測量系統(tǒng)也不例外，光 學(xué)鏡頭系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)理想的線性針孔模型，相機(jī)在拍攝時就會帶來一些對
應(yīng)關(guān)系的畸變，相機(jī)的成像過程是一個從3維空間到2維空間的退化的射 影變換，其中存在射影不變的幾何關(guān)系原理，利用此原理可以對相機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行標(biāo)定，并在標(biāo)定中對畸變進(jìn)行校正；同時相機(jī)與被測物之間的空間映 射關(guān)系在標(biāo)定中完成對應(yīng)坐標(biāo)的確定，有了這些標(biāo)定參數(shù)，圖像測量系統(tǒng) 就能完成對象物體的測量。
通常圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定采用在相機(jī)可視的范圍內(nèi)，安放高精度的已 知結(jié)構(gòu)平面的標(biāo)定靶板，'如棋盤格、圓點(diǎn)圖等獲取確定標(biāo)定數(shù)據(jù)。在尺寸 比較小的情況下，在可視范圍內(nèi)放滿此類傳統(tǒng)的平面的標(biāo)定靶板，它比較 方便、精確。但是，在冶金行業(yè)大視場應(yīng)用條件下，如要對板坯進(jìn)行測量， 則需要對連鑄坯在長度12米寬度2米的平面范圍內(nèi)進(jìn)行完整可靠的標(biāo)定， 此時靶板尺寸將超過6米x3米，同時要安放在輥道系統(tǒng)上，為了保證足夠 大的尺度、強(qiáng)度，并保證平面不變形，平面靶板將很大，很厚，也難搬動， 占地面積也很大，難于保管，加工困難，成本很高。這樣給標(biāo)定操作帶來 了相當(dāng)?shù)睦щy，也給工業(yè)化大視場圖像測量系統(tǒng)的高精度測量條件下的應(yīng) 用帶來了操作實(shí)現(xiàn)上的困難。
為此，針對工業(yè)化大視場圖像測量系統(tǒng)領(lǐng)域，迫切需要提出了一種利 用簡單的標(biāo)靶裝置并依據(jù)幾何約束來獲得標(biāo)定數(shù)據(jù)的方法，從而避免使用 平面固定機(jī)械裝置進(jìn)行約東。
專利申請?zhí)枮镃N03109649.2的一種攝像機(jī)標(biāo)定方法及其實(shí)施裝置，該專利申請采用標(biāo)記圓孔半徑為其余圓孔半徑的120%至150%的圓形靶 標(biāo)，通過圖像的噪聲濾除，閾值分割，輪廓跟蹤，橢圓識別，橢圓擬合及 中心提取方法，根據(jù)標(biāo)記圓孔圓心及離標(biāo)記圓孔最近的圓孔的圓心的空間 位置、標(biāo)記圓孔與其余圓孔的圓心距及沿空間某一方向移動圓形靶標(biāo)的移 動距離，采用特征點(diǎn)空間定位方法確定攝像機(jī)的位置。它的目的是為了解 決標(biāo)定范圍和坐標(biāo)原點(diǎn)問題，該專利并不涉及大尺度標(biāo)定問題。
專利申請?zhí)枮镃N200610041694.93的基于自標(biāo)定技術(shù)的大場景立體視 覺攝影測量裝置，該裝置包括升空氣球動力部分、攝影方位控制部分和立 體視覺攝影部分，利用該攝影測量裝置并結(jié)合立體視覺技術(shù)可以快速得到 三維地貌等大場景的空間三維幾何信息，但是該專利不能獲得原始的大尺 度被標(biāo)定數(shù)據(jù)，并且標(biāo)定精度也有限。
專利申請?zhí)枮閁S2001006554的一種車載圖像標(biāo)定器(On-vehicle camera calibration device, US2001006554)，該標(biāo)定器可以在屏幕的任 意部分設(shè)定攝像機(jī)的參數(shù)， 一個攝像機(jī)攝入外界景物的同時把一個標(biāo)定指 示器疊加顯示在屏幕上，屏幕上標(biāo)定窗口的位置可以在2維坐標(biāo)系中變化， 標(biāo)定指示器中的參數(shù)可以進(jìn)行人工修正。該標(biāo)定器只是用于位置指示，并 未獲得標(biāo)定點(diǎn)的物理坐標(biāo)，不能用于精確標(biāo)定被觀測對象與圖像之間的關(guān) 系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，該方法利用簡 單的標(biāo)定靶，采用幾何約束來確定標(biāo)定靶在不同的位置。有效的克服了 現(xiàn)有技術(shù)中使用固定機(jī)械裝置約束來確定標(biāo)定靶的位置，具有效率高、 精度高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括 以下步驟
a .準(zhǔn)備CCD相機(jī)、計算機(jī)以及標(biāo)定靶，所述計算機(jī)與CCD相機(jī)連接， 所述標(biāo)定靶具有標(biāo)定點(diǎn)，標(biāo)定點(diǎn)在同一水平線上且之間保持固定的距離； b.將所述標(biāo)定靶分三次放在被標(biāo)定平面上并依次用所述CCD相機(jī)成像，使所述三次放置的標(biāo)定靶的標(biāo)定點(diǎn)連線及其延長線在被標(biāo)定平面 上構(gòu)成三角形，選擇所述三角形的邊長作為坐標(biāo)軸并將一個標(biāo)定點(diǎn)作為
被標(biāo)定平面的原點(diǎn)；
c .將所述三次放置的標(biāo)定靶的圖像在計算機(jī)的圖像平面上疊加，所
述三次放置的標(biāo)定靶的標(biāo)定點(diǎn)連線及其延長線在圖像平面上構(gòu)成三角形,
計算并輸出圖像平面上所述三角形各端點(diǎn)坐標(biāo)及其邊長；
d. 根據(jù)被標(biāo)定平面與圖像平面上的幾何不變的原理，建立計算模 型，輸出被標(biāo)定平面上所述三角形各邊長、角度及其各端點(diǎn)的坐標(biāo)；
e. 將所述步驟c 、 d輸出的各端點(diǎn)坐標(biāo)輸入已知的被標(biāo)定平面與圖
像平面的共線方程，得到所述被標(biāo)定平面與圖像平面的關(guān)系。
所述標(biāo)定方法還包括以下步驟
f .分別將作為所述步驟b三角形一條邊的標(biāo)定靶向相應(yīng)的方向均 勻放置并成像，使均勻放置的標(biāo)定靶與所述步驟b三角形另外兩條邊在
被標(biāo)定平面上構(gòu)成一系列三角形；
g .將所述步驟e每次均勻放置的標(biāo)定靶圖像和所述步驟b三角形 另外兩條邊的圖像疊加，在所述圖像平面上構(gòu)成一系列三角形，計算并 輸出圖像平面上所述三角形各端點(diǎn)坐標(biāo)及其邊長，并執(zhí)行所述步驟d、 步驟e ;
h.根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)定精度，重復(fù)所述步驟f、步驟g。 所述計算模型為一個方程，方程一邊是被標(biāo)定平面上的三角形的已
知長度線段與來知長度線段的長度比，方程另一邊是所述線段在圖像平
面上的長度比。
將所述標(biāo)定方法應(yīng)用于非線性光學(xué)成像測量系統(tǒng)，包括以下步驟 準(zhǔn)備平面標(biāo)定靶板，將其放置于被標(biāo)定平面和圖像平面之間作為 過渡平面；
用所述平面標(biāo)定靶板上已知的標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)對所述非線性光學(xué)成 像測量系統(tǒng)進(jìn)行初步標(biāo)定；
將所述圖像平面上的圖像映射到所述過渡平面上； 用所述過渡平面代替所述圖像平面，執(zhí)行所述步驟a 、 b、 c、d 、 e
所述標(biāo)定靶包括本體和三個可旋轉(zhuǎn)支腳，可旋轉(zhuǎn)支腳通過基準(zhǔn)軸安 裝在所述本體的中心線上，三個基準(zhǔn)軸在中心線上的中心點(diǎn)為標(biāo)定點(diǎn)。
所述本體的底面與可旋轉(zhuǎn)支腳的底面在同一個平面上，本體和可旋 轉(zhuǎn)支腳上有傾斜面。
所述標(biāo)定靶的本體與旋轉(zhuǎn)支腳上用于標(biāo)定的部分的顏色與被標(biāo)定平 面顏色的色差較大，標(biāo)定靶其他部分顏色與被標(biāo)定平面顏色的色差較小。
采用本發(fā)明所述的一種圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，該方法首先將簡 單的標(biāo)定靶依次放置在被標(biāo)定平面上并疊加成像，然后計算出圖像平面 上的各點(diǎn)坐標(biāo)，再利用被標(biāo)定平面與圖像平面的幾何不變原理計算出被 標(biāo)定平面上的各標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)，最后將所述坐標(biāo)輸入已知的被標(biāo)定平面與 圖像平面的共線方程，得到所述被標(biāo)定平面與圖像平面的關(guān)系。本發(fā)明 尤其適合工業(yè)化大視場圖像測量系統(tǒng)，本發(fā)明所述標(biāo)定方法與裝置快速簡 單、高效可靠，能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時性要求，并且可以依照需要的標(biāo)定精 度增加放置標(biāo)定靶的次數(shù)從而實(shí)現(xiàn)高精度標(biāo)定。本發(fā)明避免了使用現(xiàn)有技 術(shù)中平面固定機(jī)械裝置進(jìn)行約束標(biāo)定，操作更加簡單，且標(biāo)定靶占地面積 小，也易于保管,精度也更加高。


圖l是本發(fā)明標(biāo)定方法的流程圖2是本發(fā)明的標(biāo)定靶結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的標(biāo)定靶的本體結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的標(biāo)定靶的旋轉(zhuǎn)支腳結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明所述裝置的應(yīng)用示意圖6是本發(fā)明的標(biāo)定靶和其圖像的透視示意圖7是本發(fā)明的被標(biāo)定平面與圖像平面的關(guān)系示意圖8是本發(fā)明在Y方向和傾斜方向冗余標(biāo)定靶的放置示意圖9是本發(fā)明在X方向冗余標(biāo)定靶的放置示意圖1O是本發(fā)明在非線性光學(xué)成像測量系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
參考圖l，本發(fā)明所述一種圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括以下步驟
101. 準(zhǔn)備CCD相機(jī)20、計算機(jī)30以及標(biāo)定靶10。所述計算機(jī)30與CCD相機(jī)20連接，所述標(biāo)定靶10具有標(biāo)定點(diǎn)a0、 al、 a2，標(biāo)定點(diǎn)a0、al、 a2在同一水平線上且之間保持固定的距離，參考圖2和圖5。
所述標(biāo)定靶10包括本體11和三個可旋轉(zhuǎn)支腳12，可旋轉(zhuǎn)支腳12通過基準(zhǔn)軸安裝在所述本體ll的中心線上，三個基準(zhǔn)軸在中心線上的中心點(diǎn)aO、 al、 a2為標(biāo)定點(diǎn)，參考圖2。
所述本體11的底面與可旋轉(zhuǎn)支腳12的底面在同一個平面上，本體11和可旋轉(zhuǎn)支腳12上有傾斜面，因此CCD相機(jī)20無論在哪個位置，都能拍攝到本體ll的底面與可旋轉(zhuǎn)支腳12的底面上的棱，從而保證以本體11和支腳12的底面作為標(biāo)定基準(zhǔn)，參考圖3和圖4 。
所述標(biāo)定靶10的本體11與旋轉(zhuǎn)支腳12上用于標(biāo)定的部分的顏色與被標(biāo)定平面顏色的色差較大，標(biāo)定靶io其他部分顏色與被標(biāo)定平面顏色
的色差較小。當(dāng)工作時，旋轉(zhuǎn)支腳12放置在與本體11中心線垂直或接近的位置上，從而標(biāo)示出旋轉(zhuǎn)軸心的位置。收起存放時，可旋轉(zhuǎn)支腳12旋轉(zhuǎn)到與本體ll中心線一致的位置上，從而減小裝置的外型尺寸，參考圖l。在CCD相機(jī)20采集的圖像中，標(biāo)定靶IO的棱與背景反差明顯，而且輪廓線具有一定的長度，參與計算的點(diǎn)很多，所以輪廓線的參數(shù)具有良好的精度，標(biāo)定靶10的本體11與旋轉(zhuǎn)支腳12的中心，是由2條輪廓線平均得到，所以精度更高。因此只要旋轉(zhuǎn)支腳12與本體ll保持適當(dāng)?shù)慕嵌?，即可通過它們的中心線交點(diǎn)獲得足夠精度的軸心位置，無須絕對垂直，這樣可以簡化工人的現(xiàn)場操作。
102. 放置標(biāo)定靶并成像，選擇坐標(biāo)軸及原點(diǎn)。將所述標(biāo)定靶10分三次放在被標(biāo)定平面W上并依次用所述CCD相機(jī)20成像，使所述三次放置的標(biāo)定靶11的標(biāo)定點(diǎn)a0、 al、 a2連線及其延長線在被標(biāo)定平面W上構(gòu)成三角形，選擇所述三角形的邊長作為坐標(biāo)軸并將一個標(biāo)定點(diǎn)作為被標(biāo)定平面的原點(diǎn)。103.對成像進(jìn)行疊加，計算圖像平面I上的各點(diǎn)坐標(biāo)。將所述三次放置的標(biāo)定靶10的圖像在計算機(jī)30的圖像平面I上疊加，所述三次放置的標(biāo)定靶10的標(biāo)定點(diǎn)連線及其延長線在圖像平面I上構(gòu)成三角形，計算并輸出圖像平面I上所述三角形各端點(diǎn)坐標(biāo)及其邊長。上述步驟102和103，作為一個實(shí)施例具體過程如下參考圖7，為了方便起見，在下文中，圖像平面I的坐標(biāo)系中的點(diǎn)記為I，被標(biāo)定平面W的坐標(biāo)系中的點(diǎn)記為W，水平方向記為X,垂直方向記為Y,傾斜方向記為D，線段釆用起點(diǎn)和終點(diǎn)為標(biāo)記，線段長度記為L，其下標(biāo)為線段的2個端點(diǎn)。
1 ) X方向的標(biāo)定靶放置及參數(shù)獲取。
在待檢測的工作平面，如板坯的上表面上，選一個期望的圖像測量系統(tǒng)中被標(biāo)定平面W的X方向和原點(diǎn)，把標(biāo)定靶IO放置這個期望的位置上，在不失一般性的情況下，可以把此時標(biāo)靶中心線方向作為計算過程中被標(biāo)定平面的X方向，標(biāo)定靶10的一個點(diǎn)作為原點(diǎn)。自然，被標(biāo)定平面W上經(jīng)過原點(diǎn)且垂直與X方向的直線就是Y方向。用CCD相機(jī)20和計算機(jī)30獲得此時的圖像，計算3個特征點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為IXQ、IX1、 IX2，與之對應(yīng)在被標(biāo)定平面W中的點(diǎn)坐標(biāo)為Wx。、 WX1、 WX2。這些點(diǎn)的坐標(biāo)是可以給定的，其中橫坐標(biāo)由標(biāo)定靶io上的標(biāo)定點(diǎn)線段的長度決定，縱坐標(biāo)為0。
2 ) Y方向的標(biāo)定靶放置及參數(shù)獲取。
將標(biāo)定靶10放置在被標(biāo)定平面W的接近垂直于X方向上，也就是被標(biāo)定平面的Y方向上，同樣獲得3個特征點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)lYo、IY1、 IY2。與之對應(yīng)在被標(biāo)定平面中的點(diǎn)為WY。、 WY1、 WY2，這些點(diǎn)相對距離可以確定，但是它們的坐標(biāo)是不能直接給定。,.3 )傾斜方向的標(biāo)定靶放置及參數(shù)獲取。
將標(biāo)定靶10放置在被標(biāo)定平面W的傾斜于X方向上，比如45度的方向上，也就是與被標(biāo)定平面的X、 Y方向都相交的方向上，再獲得3個特征點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)lD。、 ID1、 ID2。與之對應(yīng)在被標(biāo)定平面中的點(diǎn)為W加、WD1、 WD2,同樣，這些點(diǎn)相對距離可以確定，但是它們的坐
9標(biāo)是不能直接給定。
顯然，在標(biāo)定平面上，標(biāo)定靶10在3個方向的延長線存在3個虛擬交點(diǎn)Wc。、 WC1、 WC2。在計算機(jī)30對上述三個方向放置的標(biāo)定靶10的
圖像進(jìn)行疊加后，上述3個虛擬交點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系當(dāng)中也有對應(yīng)的點(diǎn)lDo、
ID1、 ID2。這3個對應(yīng)點(diǎn)未必在相機(jī)的可視范圍內(nèi)，但是可以通過計算獲得它們的坐標(biāo)。在圖像平面I上的在這些點(diǎn)和線段，所有可見像點(diǎn)的圖像坐標(biāo)可以通過圖像處理算法獲得精確數(shù)值，在標(biāo)定平面W上，標(biāo)定點(diǎn)之間的距離就是靶板上的線段的長度，為固定的數(shù)值，可以從加工廠獲得。而把板在不同位置的相對參數(shù)，因?yàn)闆]有鎖定約束裝置，不能直接給出，參見圖6 。
104.建立計算模型輸出標(biāo)定對象各點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)被標(biāo)定平面W與圖像平面I上的幾何不變的原理，建立計算模型，輸出被標(biāo)定平面W上所述三角形各邊長、角度及其各端點(diǎn)的坐標(biāo)。
參考圖7，所述步驟104，作為一個實(shí)施例具體過程如下
依照幾何光學(xué)中針孔成像的基本原理，被標(biāo)定平面W中的直線在圖像平面中也是直線，且物理點(diǎn)、像點(diǎn)和鏡頭的光心共線。以直線Wxo、WX1、 Wx2和直線Ix。、 IX1、 Ix2為例，如圖7所示，W別、WX1、 Wx2和I別、,IX1、 Ix2及虛擬交點(diǎn)Wc。、 WC1、對應(yīng)像點(diǎn)Ic。、 I。、分別與鏡頭的光心O在同一直線上。
在圖像平面I中存在交比
f丄議0"、l議1jt2 一 d
"E-'
(1)
其中
〖
ZJT1C2
圖像中的交比圖像中線段/,?！?的長度圖像中線段/^"2的長度圖像中線段、。/n的長度圖像中線段/w/n的長度
10由于圖像空間中的標(biāo)定點(diǎn)IXC、 IXI、 Ix2是可以測量的，延長線交點(diǎn)
Ia、 1 虛擬交點(diǎn)的圖像坐標(biāo)可以通過解析幾何方法通過延長線相交計算
獲得。所以線段^。"2、 Z"'"、 Z，C2、 ^'C2是可以得到的，因此交比A可
以用公式(l)計算而得到。
同樣有被標(biāo)定平面中的交比
乙(2)
被標(biāo)定平面w中的交比
線段^。^2的長度
線段^^2的長度
線段『B『C2的長度
線段『力^2的長度
根據(jù)平面幾何的交比不變性原理，有
(3)
因此，可以利用圖像坐標(biāo)系中標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計算出圖像坐標(biāo)系
中的交比& ，利用公式(3)也就得到了被標(biāo)定平面W坐標(biāo)系中的交比&。對于X方向、Y方向和傾斜方向標(biāo)定靶虛擬交點(diǎn)構(gòu)成的虛擬三角形，
利用被標(biāo)定平面坐標(biāo)系中的各個線段長度，以及交比^，可以計算出虛擬交點(diǎn)與標(biāo)定點(diǎn)之間的距離，進(jìn)而得到虛擬三角形每個邊長和每個角的角度，最后得到每個標(biāo)定點(diǎn)在被標(biāo)定平面W坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
每個線段由幾個子段組成，顯然，線段之間滿足如下的關(guān)系
AfX0C2 =丄H^0;f 2 +丄H^T2C2 (4)
丄wyac2 =丄w;n"2十丄H^2C2 (5)
公式(2)可以變化為丄隨2— = i (6)
(A^yo乂2 +丄盯2C2 )
其中 丄，a 被標(biāo)定平面W中線段『^^的長度
公式(6)是只有ZM2C2 —個變量 一次方程，可以變形得到:
, 一_丄蹈"_ f 7、
L盯2C2 — ^ 、"
十"^-
同樣可以得到，被標(biāo)定平面W中其他虛擬交點(diǎn)與標(biāo)定靶特征點(diǎn)之間的
^巨離"^吖0C2 、Aj^co 、 z(^)2c0 、 A^oa 、 z^ood 。
其中
被標(biāo)定平面W中線段^?！簄的長度
被標(biāo)定平面W中線段^2『C。的長度
被標(biāo)定平面W中線段『D2^:。的長度
被標(biāo)定平面w中線段『"^，的長度
被標(biāo)定平面w中線段『。?！骸５拈L度
于是有三個虛擬交點(diǎn)Wc。、 WC1、 Wc2構(gòu)成三角形，它的3條邊的長度有如下關(guān)系:
.(8)
二 ArCOJTl+ AfX(UTl +丄,"+丄盯2C2(9)
二 ;C。y2(10)
被標(biāo)定平面w中線段
被標(biāo)定平面w中線段『n^2的長度
其中
AfOC2 被標(biāo)定平面W中線段^C。^C2的長度
也就是三角形的三條邊可以計算得到。于是被標(biāo)定平面W中原先自由放
置的標(biāo)定靶之間就有了剛性的約束。
根據(jù)常識，可以用三角法得到三角形的3個夾角，進(jìn)而得到所有標(biāo)定點(diǎn)WX0、 WX1、 WX2 、 WY0、 WY1、 WY2 、 WD0、 WD1、 Wq2的4皮才示定平面坐標(biāo)。
此時可以用Tsai， s標(biāo)定算法，利用標(biāo)定點(diǎn)的被標(biāo)定平面坐標(biāo)和圖〗象世 界坐標(biāo)對鏡頭的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
105. 標(biāo)定精度是否滿足要求？如果滿足要求，則進(jìn)行下一步驟107. 如果不滿足要求，則執(zhí)行步驟106。
106. 增加標(biāo)定靶IO放置位置和次數(shù)并成像。所述步驟106，包括以 下步驟
f .分別將作為所述步驟b三角形一條邊的標(biāo)定靶10向相應(yīng)的方向 均勻放置并成像，使均勻放置的標(biāo)定靶10與所述步驟b三角形另外兩條 邊在被標(biāo)定平面上構(gòu)成一系列三角形；
g. 將所述步驟e每次均勻放置的標(biāo)定靶10圖像和所述步驟b三角
形另外兩條邊的圖像疊加，在所述圖像平面上構(gòu)成一系列三角形，計算 并輸出圖像平面上所述三角形各端點(diǎn)坐標(biāo)及其邊長，并執(zhí)行所述步驟 103、步驟104;
h. 根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)定精度，重復(fù)所述步驟f、步驟g。
所述步驟106中，作為一個實(shí)施例具體過程如下
1 ) Y方向和傾斜方向上冗余標(biāo)定靶的放置與參數(shù)獲取 如圖8所示，在被標(biāo)定平面的Y方向上均勻放置n次標(biāo)定靶，得到
標(biāo)定點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)I1Y()、 I1Y1、 I1Y2，……InY0、 InY1、 InY2。同樣在
被標(biāo)定平面的傾斜方向上均勻放置n次標(biāo)定靶，得到標(biāo)定點(diǎn)在圖像坐標(biāo)
系中的坐標(biāo)I咖、ID1、 ！1D2' InDO、 InDl、 "2。
其中I1YQ 第1個Y方向標(biāo)定靶在圖像平面I中的坐標(biāo)
第n個Y方向標(biāo)定靶在圖像平面I中的坐標(biāo)
第l個傾斜方向標(biāo)定靶在圖像平面I中的坐標(biāo) 第n個傾斜方向標(biāo)定靶在圖像平面I中的坐標(biāo)
JnYO
IlDO 工nDO
其他依次類推。
它們與最初在X方向放置的標(biāo)定靶構(gòu)成了被標(biāo)定平面上的n個虛擬三角形。利用前述方法，用幾何不變性原理，得到與之對應(yīng)在標(biāo)定平面 中的標(biāo)定點(diǎn)的坐標(biāo)為W1Y0、 W1Y1、 W1Y2，……WnY0、 WnY1、 WnY2，和W1D0、 W1D1、 W1D2， WnD0、 WnDl 、 WnD2°
其中 W1Y() 第l個Y方向標(biāo)定靶在被標(biāo)定平面W中的坐標(biāo)
WnYQ第n個Y方向標(biāo)定靶在被標(biāo)定平面W中的坐標(biāo) W1DQ第l個傾斜方向標(biāo)定靶在被標(biāo)定平面W中的坐標(biāo) WnDo第n個傾斜方向標(biāo)定靶在被標(biāo)定平面W中的坐標(biāo) 其他依次類推。
2 ) X方向上冗余標(biāo)定靶的放置與參數(shù)獲取
如圖9所示，在X方向上，也均勻放置n個標(biāo)定靶，也可以得到標(biāo) 定點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)I1XQ、 I1X1、 I1X2，……I xo、 Inx,、 InX2。它們與先 前放置的Y方向的標(biāo)定靶和傾斜方向的標(biāo)定靶構(gòu)成了 n個三角形，于是 利用前述方法可以得到與他們對應(yīng)的在標(biāo)定平面中的坐標(biāo)。
其中I1X。 第1個X方向標(biāo)定靶在圖像平面I中的坐標(biāo)
第n個X方向標(biāo)定靶在圖像平面I中的坐標(biāo) 第1個X方向標(biāo)定靶在圖像平面I中的坐標(biāo)
InXO
wlxo
WnX0
第n個X方向標(biāo)定靶在圖像平面I中的坐標(biāo) 107.將所述坐標(biāo)輸入共線方程，完成標(biāo)定。將所述步驟103、 104輸 出的各端點(diǎn)坐標(biāo)輸入已知的被標(biāo)定平面W與圖像平面I的共線方程，得 到所述被標(biāo)定平面W與圖像平面I的關(guān)系，完成標(biāo)定。
本發(fā)明所述的標(biāo)定方法， 一般用于線性光學(xué)成像測量系統(tǒng)，當(dāng)將它用 于非線性光學(xué)成像測量系統(tǒng)時，參考圖1 O包括以下步驟
首先準(zhǔn)備平面標(biāo)定靶板，將其放置于被標(biāo)定平面W和圖像平面I之間 作為過渡平面T。
其次用所述平面標(biāo)定靶板上已知的標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)利用Weng，s圖像標(biāo)定 算法對所述非線性光學(xué)成像測量系統(tǒng)進(jìn)行初步標(biāo)定，消除系統(tǒng)中的非線性 因素，此時非線性光學(xué)成像測量系統(tǒng)的實(shí)際光心為Or，而初步標(biāo)定后的等效光心為Oe。
然后將所述圖像平面I上的圖像映射到所述過渡平面T上； 最后用所述過渡平面T代替所述圖像平面I，執(zhí)行所述步驟101至107。 可見在系統(tǒng)存在非線性因素的情況下，本發(fā)明所述標(biāo)定方法依然保持 了的輕便、可靠的特點(diǎn)。
本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說 明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍 內(nèi)，對以上實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1. 一種圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟a. 準(zhǔn)備CCD相機(jī)、計算機(jī)以及標(biāo)定靶，所述計算機(jī)與CCD相機(jī)連接，所述標(biāo)定靶具有標(biāo)定點(diǎn)，標(biāo)定點(diǎn)在同一水平線上且之間保持固定的距離；b. 將所述標(biāo)定靶分三次放在被標(biāo)定平面上并依次用所述CCD相機(jī)成像，使所述三次放置的標(biāo)定靶的標(biāo)定點(diǎn)連線及其延長線在被標(biāo)定平面上構(gòu)成三角形，選擇所述三角形的邊長作為坐標(biāo)軸并將一個標(biāo)定點(diǎn)作為被標(biāo)定平面的原點(diǎn)；c. 將所述三次放置的標(biāo)定靶的圖像在計算機(jī)的圖像平面上疊加，所述三次放置的標(biāo)定靶的標(biāo)定點(diǎn)連線及其延長線在圖像平面上構(gòu)成三角形，計算并輸出圖像平面上所述三角形各端點(diǎn)坐標(biāo)及其邊長；d. 根據(jù)被標(biāo)定平面與圖像平面上的幾何不變的原理，建立計算模型，輸出被標(biāo)定平面上所述三角形各邊長、角度及其各端點(diǎn)的坐標(biāo)；e. 將所述步驟c、d輸出的各端點(diǎn)坐標(biāo)輸入已知的被標(biāo)定平面與圖像平面的共線方程，得到所述被標(biāo)定平面與圖像平面的關(guān)系。
2. 如權(quán)利要求l所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定方法還包 括以下步驟f .分別將作為所述步驟b三角形一條邊的標(biāo)定靶向相應(yīng)的方向均 勾放置并成像，使均勻放置的標(biāo)定靶與所述步驟b三角形另外兩條邊在 被標(biāo)定平面上構(gòu)成一系列三角形；g .將所述步驟e每次均勻放置的標(biāo)定靶圖像和所述步驟b三角形 另外兩條邊的圖像疊加，在所述圖像平面上構(gòu)成一系列三角形，計算并 輸出圖像平面上所述三角形各端點(diǎn)坐標(biāo)及其邊長，并執(zhí)行所述步驟d、 步驟e ;h.根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)定精度，重復(fù)所述步驟f、步驟g。
3. 如權(quán)利要求l所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述計算模型為一 個方程，方程一邊是被標(biāo)定平面上的三角形的已知長度線段與未知長度線段的長度比，方程另一邊是所述線段在圖像平面上的長度比。
4.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于，將所述標(biāo)定方法應(yīng) 用于非線性光學(xué)成像測量系統(tǒng)，包括以下步驟準(zhǔn)備平面標(biāo)定靶板，將其放置于被標(biāo)定平面和圖像平面之間作為過渡 平面；用所述平面標(biāo)定靶板上已知的標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)對所述非線性光學(xué)成像測 量系統(tǒng)進(jìn)行初步標(biāo)定；將所述圖像平面上的圖像映射到所述過渡平面上；用所述過渡平面代替所述圖像平面，執(zhí)行所述步驟a 、 b、 c、 d、
5.如權(quán)利要求l所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定靶包括本 體和三個可旋轉(zhuǎn)支腳，可旋轉(zhuǎn)支腳通過基準(zhǔn)軸安裝在所述本體的中心線 上，三個基準(zhǔn)軸在中心線上的中心點(diǎn)為標(biāo)定點(diǎn)。
6. 如權(quán)利要求5所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述本體的底面與 可旋轉(zhuǎn)支腳的底面在同一個平面上，本體和可旋轉(zhuǎn)支腳上有傾斜面。
7. 如權(quán)利要求5所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定靶的本體 與旋轉(zhuǎn)支腳上用于標(biāo)定的部分的顏色與被標(biāo)定平面顏色的色差較大，標(biāo) 定靶其他部分顏色與被標(biāo)定平面顏色的色差較小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，首先將簡單的標(biāo)定靶依次放置在被標(biāo)定平面上并疊加成像，然后計算出圖像平面上的各點(diǎn)坐標(biāo)，再利用被標(biāo)定平面與圖像平面的幾何不變原理計算出被標(biāo)定平面上的各標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)，最后將所述坐標(biāo)輸入已知的被標(biāo)定平面與圖像平面的共線方程，得到所述被標(biāo)定平面與圖像平面的關(guān)系。本發(fā)明尤其適合工業(yè)化大視場圖像測量系統(tǒng)，本發(fā)明所述標(biāo)定方法快速簡單、高效可靠，能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時性要求，并且可以依照需要的標(biāo)定精度增加放置標(biāo)定靶的次數(shù)從而實(shí)現(xiàn)高精度標(biāo)定。本發(fā)明同時避免了使用現(xiàn)有技術(shù)中平面固定機(jī)械裝置進(jìn)行約束標(biāo)定，操作更加簡單，且標(biāo)定靶占地面積小，也易于保管，精度也更加高。
文檔編號G01C11/00GK101482410SQ200810032528
公開日2009年7月15日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者勇 夏, 方志宏 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司