基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，包括靶標(biāo)、相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件和PC機(jī)，所述的靶標(biāo)和相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件間隔一定距離設(shè)置在地面上，所述的待標(biāo)定相機(jī)設(shè)在相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件上，并與PC機(jī)連接，所述的靶標(biāo)上設(shè)有四個(gè)圓點(diǎn)，且該四個(gè)圓點(diǎn)的幾何中心構(gòu)成正方形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有簡(jiǎn)單易用、計(jì)算速度快、精確性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)定焦相機(jī)標(biāo)定【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相機(jī)標(biāo)定是為了確定相機(jī)的屬性參數(shù)、空間位置以及成像模型，以便確定空間坐標(biāo)系中物體與它在像平面上的像點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)相機(jī)借助外界其他輔助信息達(dá)到精確測(cè)量外部物體幾何數(shù)據(jù)的過(guò)程。
[0003]工業(yè)定焦相機(jī)因?yàn)閰?shù)未知不能直接應(yīng)用于攝影測(cè)量，一般可采用各種標(biāo)定技術(shù)獲得相機(jī)的參數(shù)，之后建立物理和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行空間攝影測(cè)量的解析計(jì)算。相機(jī)的參數(shù)主要是與焦距有一定關(guān)系的投影放大倍數(shù)。根據(jù)針孔模型的等效光路圖，如圖1，該放大系數(shù)等于物體的實(shí)際距離與相機(jī)坐標(biāo)系中心到圖像平面距離(簡(jiǎn)稱像距id)之比。只要能夠知道相機(jī)的像距id及物體在圖像平面上的圖像位置，就能根據(jù)投射投影原理，求出物體的在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置。
[0004]目前，工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)的標(biāo)定主要分為兩種，一種是通過(guò)測(cè)量相機(jī)的外部參數(shù)，基于特定的實(shí)驗(yàn)條件，如形狀、尺寸已知的標(biāo)定物，利用一系列數(shù)學(xué)變換和計(jì)算方法，進(jìn)而求得相機(jī)的參數(shù)(如:姜大志等，“數(shù)碼相機(jī)標(biāo)定方法研究”，南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2001年2月)；另外一種是不依賴于標(biāo)定參照物的攝像機(jī)標(biāo)定方法，稱為相機(jī)自標(biāo)定方法，僅利用相機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中周?chē)h(huán)境的圖像與圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)相機(jī)進(jìn)行的標(biāo)定。
[0005]對(duì)于第一種標(biāo)定方法，雖然標(biāo)定物的尺寸是精確的，但是相機(jī)相對(duì)于標(biāo)定物的外部參數(shù)并不能精確測(cè)量，因此第一種方法需要采集多幅高質(zhì)量的標(biāo)定圖像以優(yōu)化內(nèi)部參數(shù)的求解，該方法人工操作誤差大，過(guò)程繁瑣，算法復(fù)雜，只有在多次重復(fù)標(biāo)定的情況下才能獲得精確的結(jié)果。第二種方法沒(méi)有外部參照物，運(yùn)用起來(lái)非常靈活，但是圖像處理技術(shù)并不成熟，且未知參數(shù)太多，很難得到穩(wěn)定精確的計(jì)算結(jié)果。
[0006]如果有大量相機(jī)需要標(biāo)定，上述兩種方法在操作的方便性和求解的精確性方面均不能很好的滿足測(cè)量要求。因此急需一種既能方便操作，求解也更精確的標(biāo)定方法和裝置。標(biāo)定的方法需要靠特定的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，現(xiàn)在尤其缺少一種專用于相機(jī)參數(shù)標(biāo)定的簡(jiǎn)易裝置和操作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種簡(jiǎn)單易用、精確性高的基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0009]一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，包括靶標(biāo)、相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件和PC機(jī)，所述的靶標(biāo)和相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件間隔一定距離設(shè)置在地面上，所述的待標(biāo)定相機(jī)設(shè)在相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件上，并與PC機(jī)連接，所述的靶標(biāo)上設(shè)有四個(gè)圓點(diǎn)，且該四個(gè)圓點(diǎn)的幾何中心構(gòu)成正方形。
[0010]所述的相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件包括三腳架、平移導(dǎo)軌和移動(dòng)滑塊，所述的平移導(dǎo)軌通過(guò)三腳架放置在地面上，所述的移動(dòng)滑塊設(shè)在平移導(dǎo)軌上。
[0011]所述的平移導(dǎo)軌兩端設(shè)有固定塊。
[0012]所述的移動(dòng)滑塊頂部設(shè)有相機(jī)固定件。
[0013]所述的靶標(biāo)和相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件間的距離為0.5m?2m。
[0014]所述的PC機(jī)為安裝有相機(jī)采集卡的PC機(jī)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]I)本發(fā)明利用相機(jī)平移過(guò)程中靶標(biāo)成像位置和平行移動(dòng)距離之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單易用，成本低廉的相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，簡(jiǎn)化了相機(jī)標(biāo)定過(guò)程和成本，且精確性高，非常適合大規(guī)模的相機(jī)標(biāo)定工作；
[0017]2)本發(fā)明基于方靶數(shù)學(xué)模型，無(wú)需測(cè)量相機(jī)與標(biāo)定物的位置關(guān)系，標(biāo)定物可以隨意擺放，從而快捷的得到相機(jī)參數(shù)；
[0018]3)本發(fā)明靶標(biāo)上的各圓點(diǎn)間的距離為已知尺寸，可方便的計(jì)算出相機(jī)參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1相機(jī)等效光路圖；
[0020]圖2本發(fā)明靶標(biāo)點(diǎn)示意圖；
[0021]圖3本發(fā)明標(biāo)定工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]如圖3所示，一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，包括靶標(biāo)1、相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件和PC機(jī)6，所述的靶標(biāo)I和相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件間隔一定距離設(shè)置在地面上，所述的待標(biāo)定相機(jī)2設(shè)在相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件上，并通過(guò)數(shù)據(jù)線7與PC機(jī)6連接，如圖2所示，所述的靶標(biāo)I上設(shè)有四個(gè)圓點(diǎn)，且該四個(gè)圓點(diǎn)的幾何中心構(gòu)成正方形。正方形的物體在相機(jī)成像面上投影后會(huì)變?yōu)槿我馑倪呅危ㄟ^(guò)投影變換調(diào)整可以方便的再次得到一個(gè)與原物體相似的正方形，而此時(shí)的正方形所在的位置與原物體平行。所述的PC機(jī)為安裝有相機(jī)采集卡的PC機(jī)。
[0024]相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件包括三腳架4、平移導(dǎo)軌5和移動(dòng)滑塊3，所述的平移導(dǎo)軌5通過(guò)三腳架4放置在地面上，所述的移動(dòng)滑塊3設(shè)在平移導(dǎo)軌5上，可在平移導(dǎo)軌5左右移動(dòng)，平移導(dǎo)軌5兩端設(shè)有固定塊，移動(dòng)滑塊3頂部設(shè)有相機(jī)固定件，用于固定待標(biāo)定相機(jī)2。所述的靶標(biāo)和相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件間的距離為0.5m?2m。
[0025]利用上述標(biāo)定裝置具體操作步驟如下:
[0026](I)標(biāo)定裝置就位
[0027]組裝相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件，將三腳架4豎立在地面上，平移導(dǎo)軌5的兩端固定在三腳架上。放置好靶標(biāo)1，將待標(biāo)定相機(jī)2安裝固定在移動(dòng)滑塊3的頂部，調(diào)整相機(jī)位置使靶標(biāo)I在相機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)。固定相機(jī)，使用卡扣記錄相機(jī)所在位置為A。連接相機(jī)和PC機(jī)，打開(kāi)相機(jī)，使相機(jī)處于待拍攝狀態(tài)。[0028](2)相機(jī)在步驟(I)的位置處采集靶標(biāo)圖像A
[0029]用待標(biāo)定相機(jī)在位置A處拍攝靶標(biāo)的圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)掃描計(jì)算可以得到該靶標(biāo)上 4 個(gè)點(diǎn)的像素坐標(biāo),記為 A1 (X, y), A2 (X, y), A3 (x, y), A4 (x, y)。
[0030](3)平移相機(jī)至導(dǎo)軌上的固定位置B
[0031]由于相機(jī)與滑塊已經(jīng)固定，在平移導(dǎo)軌上平移相機(jī)IOcm?20cm，記錄相機(jī)此刻的位置為B。用游標(biāo)卡尺測(cè)量位置A到位置B的距離，記為D。
[0032](4)在步驟(3)移動(dòng)后的位置B處采集靶標(biāo)圖像B
[0033]用待標(biāo)定相機(jī)拍攝該位置靶標(biāo)的圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)掃描計(jì)算可以得到該靶標(biāo)上4個(gè)點(diǎn)的像素坐標(biāo)，記為 B1 (X, y), B2 (X, y), B3 (x, y), B4 (x, y)。
[0034](5)迭代計(jì)算相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。
[0035]利用正方形靶點(diǎn)的中心距和成像點(diǎn)信息，結(jié)合相機(jī)的平移距離，使用方靶數(shù)學(xué)模型算法，計(jì)算得到相機(jī)參數(shù)id。
[0036]雖然已經(jīng)結(jié)合具體的示范性實(shí)施例并結(jié)合附圖充分的描述了本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)本發(fā)明的各種修改和改變是顯而易見(jiàn)的。因此，除非這些改變和變形脫離本發(fā)明的范圍，否則它們應(yīng)該被解釋為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，包括靶標(biāo)、相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件和PC機(jī)，所述的靶標(biāo)和相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件間隔一定距離設(shè)置在地面上，所述的待標(biāo)定相機(jī)設(shè)在相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件上，并與PC機(jī)連接，所述的靶標(biāo)上設(shè)有四個(gè)圓點(diǎn)，且該四個(gè)圓點(diǎn)的幾何中心構(gòu)成正方形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件包括三腳架、平移導(dǎo)軌和移動(dòng)滑塊，所述的平移導(dǎo)軌通過(guò)三腳架放置在地面上，所述的移動(dòng)滑塊設(shè)在平移導(dǎo)軌上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的平移導(dǎo)軌兩端設(shè)有固定塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的移動(dòng)滑塊頂部設(shè)有相機(jī)固定件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的靶標(biāo)和相機(jī)平移運(yùn)動(dòng)組件間的距離為0.5m?2m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方靶模型的工業(yè)定焦相機(jī)參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的PC機(jī)為安裝有相機(jī)采集卡的PC機(jī)。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103559708SQ201310531115
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】袁勇, 艾青, 王輝, 郭鳳迪 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)