專利名稱：一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多傳感器視覺測量系統(tǒng)中的全局校準(zhǔn)技術(shù)，具體涉及一種多傳感器視 覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
視覺傳感器由于具有大量程、非接觸、速度快、系統(tǒng)柔性好及測量精度高等優(yōu)點(diǎn)而 得到廣泛應(yīng)用，但是，單個(gè)視覺傳感器測量范圍有限，所以，當(dāng)測量范圍較大時(shí)，可以將多個(gè) 視覺傳感器結(jié)合起來構(gòu)成多視覺傳感器，以得到較大的測量范圍，并保證足夠高的測量精 度，通常將這種測量系統(tǒng)稱為多傳感器視覺測量系統(tǒng)。在多傳感器視覺測量系統(tǒng)中，各個(gè)視覺傳感器之間距離一般相距較遠(yuǎn)，且沒有共 同視場。因此，采用多個(gè)視覺傳感器進(jìn)行測量時(shí)，需要進(jìn)行全局校準(zhǔn)，即確定各個(gè)視覺傳感 器之間的位置關(guān)系，并將它們統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下。目前，常用的多傳感器視覺測量系統(tǒng)的全局校準(zhǔn)方法主要有同名坐標(biāo)統(tǒng)一法、中 介坐標(biāo)統(tǒng)一法和世界坐標(biāo)唯一法；其中，同名坐標(biāo)統(tǒng)一法，利用一組同名坐標(biāo)計(jì)算出各個(gè)視 覺傳感器坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量；中介坐標(biāo)統(tǒng)一法，通過多次中間坐 標(biāo)系轉(zhuǎn)換來完成視覺傳感器坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的統(tǒng)一；世界坐標(biāo)唯一法，直接利用全局 坐標(biāo)系下的特征點(diǎn)對處于測量狀態(tài)的系統(tǒng)中的各個(gè)視覺傳感器進(jìn)行局部標(biāo)定，從而將局部 標(biāo)定和全局標(biāo)定統(tǒng)一到一起。但是，上述三種校準(zhǔn)方法需要高精度測量設(shè)備，如經(jīng)緯儀、激 光跟蹤儀等等，存在校準(zhǔn)“盲區(qū)”和空間受限，且需要進(jìn)行多次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，損失了校準(zhǔn)精度。于是，張廣軍等人在2005年提出了靶標(biāo)全局校準(zhǔn)方法，該全局校準(zhǔn)方法是根據(jù)靶 標(biāo)特征點(diǎn)之間的位置約束關(guān)系，求解無共同視場的多視覺傳感器坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣， 從而實(shí)現(xiàn)較大工作空間的全局校準(zhǔn)。該全局校準(zhǔn)方法雖然不需要進(jìn)行很多次坐標(biāo)變換，校 準(zhǔn)精度較高，但是，該全局校準(zhǔn)方法需要加工大尺寸靶標(biāo)，由于超大尺寸靶標(biāo)加工和使用困 難，因此，該全局校準(zhǔn)方法不適合用于超大工作空間的多傳感器視覺測量系統(tǒng)全局校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局 校準(zhǔn)方法及裝置，不僅能提高全局校準(zhǔn)精度，而且適用于超大工作空間多傳感器視覺測量 系統(tǒng)的全局校準(zhǔn)，適用范圍廣。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)方法，包括將固定有兩個(gè)靶標(biāo)的剛性桿在兩個(gè)視覺傳感器前擺放四次以上，每次每個(gè)視覺傳 感器分別拍攝對應(yīng)的靶標(biāo)圖像，提取靶標(biāo)特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)，分別計(jì)算每個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)在對 應(yīng)視覺傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；以靶標(biāo)之間位置關(guān)系不變?yōu)榧s束，計(jì)算兩個(gè)視覺傳感器之間的轉(zhuǎn)換矩陣。上述方案中，所述將剛性桿在兩個(gè)視覺傳感器前擺放之前，該方法還包括將靶標(biāo)固定于剛性桿上，調(diào)整剛性桿長度和靶標(biāo)位置，使待校準(zhǔn)的兩個(gè)視覺傳感器能清晰的拍攝 到對應(yīng)的靶標(biāo)圖像。上述方案中，所述視覺傳感器多于兩個(gè)；該方法還包括每次任意選取兩個(gè)視覺 傳感器作為待校準(zhǔn)的視覺傳感器；每個(gè)視覺傳感器與一個(gè)靶標(biāo)相對應(yīng)，拍攝對應(yīng)靶標(biāo)清晰 的靶標(biāo)圖像。上述方案中，所述每個(gè)視覺傳感器分別拍攝對應(yīng)的靶標(biāo)圖像之后，該方法還包括 每個(gè)視覺傳感器根據(jù)視覺傳感器內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果，進(jìn)行圖像的畸變校正。上述方案中，所述計(jì)算兩個(gè)視覺傳感器之間轉(zhuǎn)換矩陣為計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矢 量；建立以重投影誤差為最小的目標(biāo)函數(shù)，采用非線性優(yōu)化方法求解旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矢量 的非線性優(yōu)化解，得到兩個(gè)視覺傳感器之間轉(zhuǎn)換矩陣。上述方案中，所述靶標(biāo)通過靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)、萬向連接器、剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置固定 于剛性桿上。本發(fā)明還提供了一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)裝置，包括靶標(biāo)、 靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)、萬向連接器、剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置、可伸縮長度的剛性桿；其中，剛性桿還包括兩個(gè)實(shí)心桿和一個(gè)空心桿，兩個(gè)實(shí)心桿套入在空心桿內(nèi)，實(shí)心桿與 空心桿之間通過螺栓固定；所述靶標(biāo)夾持在靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)上，裝有靶標(biāo)的靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)安裝在萬向連接器 上，靶標(biāo)能在萬向連接器上任意旋轉(zhuǎn)；所述萬向連接器通過剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置固定于剛性桿的實(shí)心桿上。其中，所述靶標(biāo)、靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)、萬向連接器、剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置均為兩個(gè)。本發(fā)明所提供的多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)方法及裝置，將靶標(biāo)固 定于剛性桿上，調(diào)整剛性桿長度和靶標(biāo)位置，利用剛性桿上兩個(gè)靶標(biāo)位置關(guān)系不變?yōu)榧s束 條件，求解兩個(gè)視覺傳感器之間的轉(zhuǎn)換矩陣，通過兩兩校準(zhǔn)方式實(shí)現(xiàn)多傳感器視覺測量系 統(tǒng)的全局校準(zhǔn)。本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用時(shí)靈活、方便，剛性桿可以根據(jù)視覺傳感器位置的不同靈活 調(diào)整，使不同位置的視覺傳感器都可以拍攝到清晰的靶標(biāo)圖像，從而可適用于大工作空間 多傳感器視覺測量系統(tǒng)的全局校準(zhǔn)，適用范圍廣；并且，全局校準(zhǔn)精度高。


圖1為本發(fā)明多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)流程示意圖；圖3為本發(fā)明多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)原理示意圖；圖4為本發(fā)明中剛性桿坐標(biāo)系示意圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中視覺傳感器拍攝的一維靶標(biāo)圖像效果圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的基本思想是將固定有兩個(gè)靶標(biāo)的剛性桿在兩個(gè)視覺傳感器前擺放四次 以上，每次每個(gè)視覺傳感器分別拍攝對應(yīng)的靶標(biāo)圖像，提取靶標(biāo)特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)，分別計(jì)算 每個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)在對應(yīng)視覺傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；之后，以靶標(biāo)之間位置關(guān)系不變 為約束，計(jì)算兩個(gè)視覺傳感器之間的轉(zhuǎn)換矩陣。
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這里，由于靶標(biāo)固定于剛性桿上，所以，將剛性桿擺放在不同位置或移動(dòng)剛性桿的 位置實(shí)際就是將靶標(biāo)擺放于不同位置或移動(dòng)靶標(biāo)。其中，固定于剛性桿上的兩個(gè)靶標(biāo)的位置在進(jìn)行全局校準(zhǔn)前完成調(diào)整，具體是先 將靶標(biāo)固定于剛性桿上，再調(diào)整剛性桿長度和靶標(biāo)位置，使待校準(zhǔn)的兩個(gè)視覺傳感器能拍 攝到清晰的對應(yīng)靶標(biāo)圖像；之后，在全局校準(zhǔn)過程中靶標(biāo)的位置關(guān)系不變，即靶標(biāo)在剛性 桿上的位置不再移動(dòng)或轉(zhuǎn)向，僅靠移動(dòng)剛性桿移動(dòng)靶標(biāo)處于相對于視覺傳感器的不同位置。當(dāng)視覺傳感器多于兩個(gè)時(shí)，采用兩_兩視覺傳感器校準(zhǔn)的方式，即每次從多個(gè)視 覺傳感器中任意選取兩個(gè)視覺傳感器作為待校準(zhǔn)的視覺傳感器，實(shí)現(xiàn)多傳感器視覺測量系 統(tǒng)的全局校準(zhǔn)。本發(fā)明多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)裝置如圖1所示，包括兩個(gè)靶 標(biāo)11、兩個(gè)靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)12、兩個(gè)萬向連接器13、兩個(gè)剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置14、一個(gè)可伸縮 長度的剛性桿，其中，剛性桿包括兩個(gè)實(shí)心桿15和一個(gè)空心桿16 ；該全局校準(zhǔn)裝置主要用 于輔助視覺傳感器完成全局校準(zhǔn)，該全局校準(zhǔn)裝置的主要特點(diǎn)包括al)兩個(gè)靶標(biāo)11為已知尺寸的靶標(biāo)，分別夾持在兩個(gè)靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)12上，圖1中 靶標(biāo)11上兩行黑白相間棋盤格的中心點(diǎn)為靶標(biāo)特征點(diǎn)；a2)兩個(gè)裝有靶標(biāo)11的靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)12安裝在兩個(gè)萬向連接器13上，靶標(biāo)11可 以在萬向連接器13上任意旋轉(zhuǎn)；a3)剛性桿由空心桿16和兩個(gè)套入在空心桿內(nèi)的實(shí)心桿15組成，兩個(gè)實(shí)心桿15 可以在空心桿16內(nèi)自由移動(dòng)，達(dá)到伸縮剛性桿、調(diào)節(jié)剛性桿長度的作用，其中兩個(gè)實(shí)心桿 15與空心桿16之間分別通過螺栓固定；a4)兩個(gè)萬向連接器13通過剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置14分別固定在剛性桿的實(shí)心桿 15的兩端；a5)在進(jìn)行現(xiàn)場全局校準(zhǔn)中，將剛性桿全局校準(zhǔn)裝置擺放在待校準(zhǔn)的兩個(gè)視覺傳 感器前，移動(dòng)剛性桿中套在空心桿16內(nèi)的兩個(gè)實(shí)心桿15，使視覺傳感器可以拍攝到靶標(biāo)11 圖像，移動(dòng)好后通過螺栓將空心桿16和兩個(gè)實(shí)心桿15固定，再調(diào)節(jié)萬向連接器13中的轉(zhuǎn) 向頭，讓視覺傳感器可以拍攝到清晰的靶標(biāo)11圖像；其中，所述靶標(biāo)可采用一維靶標(biāo)，下文 以一維靶標(biāo)為例。基于圖1所示的剛性桿全局校準(zhǔn)裝置，本發(fā)明還提供了一種剛性桿全局校準(zhǔn)方 法，該方法的主要特點(diǎn)是bl)兩個(gè)視覺傳感器分別拍攝對應(yīng)的一維靶標(biāo)圖像，提取一維靶標(biāo)特征點(diǎn)圖像 坐標(biāo)，根據(jù)事先已經(jīng)標(biāo)定獲得的視覺傳感器內(nèi)部參數(shù)完成特征點(diǎn)圖像畸變校正；這里，圖 像的畸變校正過程是指根據(jù)攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，通過ZHANG ZY.的文章“A flexible new technique for camera calibration[J]. IEEE Trans. onPattern Analysis and Machine Intelligence”中提到的方法，校正由于鏡頭畸變造成的圖像變形；b2)根據(jù)一維靶標(biāo)特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)，通過交比不變性，計(jì)算一維靶標(biāo)所在直線上無 窮遠(yuǎn)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，這里稱該圖像點(diǎn)為消隱點(diǎn)圖像坐標(biāo)。b3)根據(jù)消隱點(diǎn)圖像坐標(biāo)，結(jié)合視覺傳感器內(nèi)部參數(shù)，計(jì)算一維靶標(biāo)特征點(diǎn)在視覺 傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；
b4)將剛性桿全局校準(zhǔn)裝置在視覺傳感器前移動(dòng)四次以上，以剛性桿中兩個(gè)一維 靶標(biāo)的位置關(guān)系不變?yōu)榧s束條件，求解兩個(gè)視覺傳感器之間的轉(zhuǎn)換矩陣；b5)通過非線性優(yōu)化方法，計(jì)算兩個(gè)視覺傳感器之間轉(zhuǎn)換矩陣；b6)通過兩_兩視覺傳感器校準(zhǔn)的方式，實(shí)現(xiàn)多傳感器視覺測量系統(tǒng)的全局校準(zhǔn)。下面具體描述基于多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)裝置進(jìn)行全局校準(zhǔn) 的實(shí)現(xiàn)方法，如圖2所述，包括以下步驟步驟201 分別標(biāo)定所有視覺傳感器的內(nèi)部參數(shù)；這里，可采用ZHANG Z Y.在文章"A flexible new technique for cameracalibration[J]. IEEE Trans, on Pattern Analysis and Machine Intelligence" 中提到的攝像機(jī)標(biāo)定方法，對視覺傳感器的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。步驟202 在多個(gè)視覺傳感器中任意選取兩個(gè)視覺傳感器作為待校準(zhǔn)的視覺傳感 器；這里，所選取的視覺傳感器稱為視覺傳感器1和視覺傳感器2，分別對應(yīng)預(yù)先固定 于剛性桿上的兩個(gè)靶標(biāo)一 一維靶標(biāo)1和一維靶標(biāo)2 ；將靶標(biāo)固定于剛性桿上具體是將兩 個(gè)一維靶標(biāo)通過夾持機(jī)構(gòu)固定在萬向連接器上，萬向連接器通過剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置固定 在剛性桿上。步驟203 調(diào)節(jié)剛性桿長度和靶標(biāo)位置，使每個(gè)視覺傳感器能清晰的拍攝到對應(yīng) 的靶標(biāo)圖像；具體的，調(diào)節(jié)剛性桿長度，使兩個(gè)一維靶標(biāo)分別落入對應(yīng)的視覺傳感器的視場范 圍；調(diào)節(jié)靶標(biāo)位置，使每個(gè)視覺傳感器能清晰的拍攝到對應(yīng)的一維靶標(biāo)圖像。其中，調(diào)節(jié)好 剛性桿長度，還需擰緊剛性桿上固定實(shí)心桿和空心桿的螺栓，將剛性桿長度固定；所述使一 維靶標(biāo)落入對應(yīng)的視覺傳感器的視場范圍是指使兩個(gè)視覺傳感器分別能夠看到對應(yīng)的一 維靶標(biāo)；所述調(diào)節(jié)靶標(biāo)位置是指分別調(diào)節(jié)兩個(gè)萬向連接器上一維靶標(biāo)的方向。圖3為本發(fā)明多傳感器視覺測量系統(tǒng)剛性桿全局校準(zhǔn)方法的實(shí)現(xiàn)原理示意圖，從 圖3可以看出，視覺傳感器1、視覺傳感器2分別對應(yīng)一維靶標(biāo)1、一維靶標(biāo)2，視覺傳感器1 可以“看”到一維靶標(biāo)1的全部，但“看”不到一維靶標(biāo)2 ；視覺傳感器2可以“看”到一維靶 標(biāo)2的全部，但“看”不到一維靶標(biāo)1。設(shè)OcaXciyclZca為視覺傳感器1坐標(biāo)系，0。2x。2y。2z。2為視覺傳感器2坐標(biāo)系，O1X1Y1為 視覺傳感器1的圖像坐標(biāo)系，O2X2Y2為視覺傳感器2的圖像坐標(biāo)系，Rc2,cl, tc2,cl為視覺傳感 器2坐標(biāo)系到視覺傳感器1的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矢量。ΑΠ、ΒΠ、(]Π分別為剛性桿第i個(gè)擺放 位置時(shí)，一維靶標(biāo)1特征點(diǎn)在視覺傳感器1坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)；A2i、B2i、C2i分別為剛性桿第 i個(gè)擺放位置時(shí)，一維靶標(biāo)2特征點(diǎn)在視覺傳感器2坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)。上述步驟201 203所述的標(biāo)定視覺傳感器內(nèi)部參數(shù)、選取視覺傳感器、以及調(diào)節(jié) 剛性桿長度和靶標(biāo)位置的操作，均為在進(jìn)行全局校準(zhǔn)之前的預(yù)處理操作。步驟204 兩個(gè)視覺傳感器分別拍攝對應(yīng)的一維靶標(biāo)圖像，每個(gè)視覺傳感器根據(jù) 視覺傳感器內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果，進(jìn)行圖像的畸變校正。步驟205 分別求解每個(gè)一維靶標(biāo)特征點(diǎn)在對應(yīng)視覺傳感器坐標(biāo)系下的三維坐 標(biāo)。以視覺傳感器1的求解過程為例，在視覺傳感器1拍攝的靶標(biāo)圖像中，利用一維靶
6標(biāo)1上三個(gè)或三個(gè)以上特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，求解一維靶標(biāo)1所在空間直線在視覺傳感器1 圖像中的消隱點(diǎn)Vli。設(shè)Vooi為剛性桿第i個(gè)擺放位置時(shí)，一維靶標(biāo)1所在直線的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，由于Vooi為 無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，Ali VooiZiBliVooi近似為1，則Α 、ΒΠ、(:Π和Vooi四點(diǎn)的交比可由公式(1)表示CR (Ali, Bli, Cli, Vooi)=(1)AliCliZiBliCli =AliV ^ ^BliV ^ i ^ AliCliZBliCli根據(jù)交比不變性，Vli可以由公式(2)求解得出CR(Ali, Bli，Cli，Vooi) = CR(an，bn ；Cli, Vli) ^ AliCliZBliCli (2)式中an，bn和Cli分別為在剛性桿第i個(gè)擺放位置，Ali，Bli和Cli在視覺傳感器1 上的圖像坐標(biāo)。
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(5)根據(jù)消隱點(diǎn)性質(zhì)，空間直線方向彳,.Cu與其消隱點(diǎn)Vli的反向投影射線J^Vu平行， 即(Ch - Au) X JT1-1V1. = 0(3)公式(3)中K1為視覺傳感器1的內(nèi)部參數(shù)，攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的求解過程見文獻(xiàn)“A flexible new technique for camera calibration[J]. IEEE Trans, on PatternAnalysis and Machine Intelligence，，。已知Ali與Cli的距離為La。，有公式(4)I Cli-Ali I =Lac根據(jù)攝像機(jī)投影原理有公式(5)
PlaU = KlAU
^PlcXi -
式中ρ i和ρ i為比例系數(shù)，K2為視覺傳感器2的內(nèi)部參數(shù)。 求解公式(4)、(5)組成的方程組即可解得AliAlit5根據(jù)一維靶標(biāo)特征點(diǎn)共線的特 點(diǎn)求解全部一維靶標(biāo)1特征點(diǎn)在視覺傳感器1坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)Ali，Bli和Cn。同理，也可以求解出一維靶標(biāo)2所有特征點(diǎn)在視覺傳感器2坐標(biāo)下三維坐標(biāo)A2i，
^21，ο步驟206 計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣R。2, cl ；在剛性桿的第i (i = 1. . . η)個(gè)擺放位置，&，&分別為一維靶標(biāo)1和一維靶標(biāo)
2在各自視覺傳感器坐標(biāo)下的方向矢量。根據(jù)兩個(gè)一維靶標(biāo)之間位置關(guān)系不變這一特點(diǎn)，可 以得到以下公式(6)nu · (U2i) = ηυ · U2J)(6)剛性桿每兩個(gè)擺放位置即可得到一個(gè)如公式(6)的方程，根據(jù)公式(6)及旋轉(zhuǎn)矩 陣的特性可知，最少三個(gè)如公式(6)的方程才可以求解出Rc^ca,因此，需要將放置有兩個(gè)一 維靶標(biāo)的剛性桿擺放四次以上。其中，旋轉(zhuǎn)矩陣的特性是指旋轉(zhuǎn)矩陣的列向量為單位向 量，各向量之間正交；旋轉(zhuǎn)矩陣的自由度為3。步驟207 計(jì)算平移矢量tc2, cl ；
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在剛性桿的第i個(gè)擺放位置，設(shè)么,，屯和亡,為-維靶標(biāo)2特征點(diǎn)在視覺傳感器1坐標(biāo)下的三維坐標(biāo)，兩者的變換關(guān)系如公式(7)所示
權(quán)利要求
一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)方法，其特征在于，該方法包括將固定有兩個(gè)靶標(biāo)的剛性桿在兩個(gè)視覺傳感器前擺放四次以上，每次每個(gè)視覺傳感器分別拍攝對應(yīng)的靶標(biāo)圖像，提取靶標(biāo)特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)，分別計(jì)算每個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)在對應(yīng)視覺傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；以靶標(biāo)之間位置關(guān)系不變?yōu)榧s束，計(jì)算兩個(gè)視覺傳感器之間的轉(zhuǎn)換矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將剛性桿在兩個(gè)視覺傳感器前擺放 之前，該方法還包括將靶標(biāo)固定于剛性桿上，調(diào)整剛性桿長度和靶標(biāo)位置，使待校準(zhǔn)的兩 個(gè)視覺傳感器能清晰的拍攝到對應(yīng)的靶標(biāo)圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述視覺傳感器多于兩個(gè)；該方法還包括每次任意選取兩個(gè)視覺傳感器作為待校準(zhǔn)的視覺傳感器；每個(gè)視覺傳 感器與一個(gè)靶標(biāo)相對應(yīng)，拍攝對應(yīng)靶標(biāo)清晰的靶標(biāo)圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述每個(gè)視覺傳感器分別拍攝對應(yīng)的靶 標(biāo)圖像之后，該方法還包括每個(gè)視覺傳感器根據(jù)視覺傳感器內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定結(jié)果，進(jìn)行圖像 的畸變校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算兩個(gè)視覺傳感器之間轉(zhuǎn)換矩陣為計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矢量；建立以重投影誤差為最小的目標(biāo)函數(shù)，采用非線性優(yōu)化方法 求解旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矢量的非線性優(yōu)化解，得到兩個(gè)視覺傳感器之間轉(zhuǎn)換矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述靶標(biāo)通過靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)、 萬向連接器、剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置固定于剛性桿上。
7.一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)裝置，其特征在于，該裝置包括靶 標(biāo)、靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)、萬向連接器、剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置、可伸縮長度的剛性桿；其中，剛性桿還包括兩個(gè)實(shí)心桿和一個(gè)空心桿，兩個(gè)實(shí)心桿套入在空心桿內(nèi)，實(shí)心桿與空心 桿之間通過螺栓固定；所述靶標(biāo)夾持在靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)上，裝有靶標(biāo)的靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)安裝在萬向連接器上，靶 標(biāo)能在萬向連接器上任意旋轉(zhuǎn)；所述萬向連接器通過剛性桿轉(zhuǎn)接固定裝置固定于剛性桿的實(shí)心桿上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述靶標(biāo)、靶標(biāo)夾持機(jī)構(gòu)、萬向連接器、剛 性桿轉(zhuǎn)接固定裝置均為兩個(gè)。全文摘要
本發(fā)明公開了一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)方法，包括將固定有兩個(gè)靶標(biāo)的剛性桿在兩個(gè)視覺傳感器前擺放四次以上，每次每個(gè)視覺傳感器分別拍攝對應(yīng)的靶標(biāo)圖像，提取靶標(biāo)特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)，分別計(jì)算每個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)在對應(yīng)視覺傳感器坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；之后，以靶標(biāo)之間位置關(guān)系不變?yōu)榧s束，計(jì)算兩個(gè)視覺傳感器之間的轉(zhuǎn)換矩陣。本發(fā)明還同時(shí)公開了一種多傳感器視覺測量系統(tǒng)的剛性桿全局校準(zhǔn)裝置，采用本發(fā)明，不僅能提高全局校準(zhǔn)精度，而且適用于超大工作空間多傳感器視覺測量系統(tǒng)的全局校準(zhǔn)，適用范圍廣。
文檔編號G01C25/00GK101975588SQ20101029443
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者劉震, 孫軍華, 張廣軍, 謝夢, 魏振忠 申請人:北京航空航天大學(xué)