双目视觉测量系统中摄像机参数在线调整方法
【专利摘要】本发明双目视觉测量系统中摄像机参数在线调整方法属于计算机视觉检测以及图像检测领域，特别涉及用于在锻造现场获取大型锻件尺寸参数的双目视觉测量系统中摄像机参数在线调整方法。该方法利用4个摄像机参数调整模板，通过左、右两个摄像机分别拍摄摄像机参数调整模板的图像，再识别摄像机参数调整模板图像中正交平行线，求得正交消隐点，然后分别标定两个摄像机的内参数，最后，同时标定双目视觉测量系统的外参数。本发明实现了双目视觉测量系统中摄像机参数的在线调整，提高像机参数的标定精度，进而提高测量系统在测量过程中的测量精度，具有标定过程耗时少，精度高的特点，能够在复杂工况下进行摄像机参数调整。
【专利说明】双目视觉测量系统中摄像机参数在线调整方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机视觉检测以及图像检测领域，特别涉及用于在锻造现场获取大型锻件尺寸参数的双目视觉测量系统中摄像机参数在线调整方法。
【背景技术】
[0002]在锻造生产过程中需要对锻件尺寸进行实时测量，为合理控制锻造的整个工艺提供依据。锻造现场条件极为恶劣，具有锻造温度高，环境复杂，震动大等特点，使精确实时测量大型锻件的尺寸成为一个难点。测量要求视场大，准确度高，在线实时测量。双目视觉测量作为一种实时性强、测量精度高的非接触测量方法，被广泛应用于工业检测、目标识别等诸多领域，尤其在实时测量大型锻件锻压过程中热态几何尺寸方面具有无法比拟的优势。摄像机参数的精确标定是多目立体视觉测量的基础，标定结果与测量精度息息相关。
[0003]许多学者就如何高精度的标定摄像机参数开展了大量的研究，但是这些研究工作主要集中于摄像机参数的离线标定，往往忽略了摄像机参数在测量过程中因现场温度和震动等因素而引起的变化，因而测量结果的精度难以保证，置信度低。在实际测量过程中，由于锻造过程时间较短，要想实现摄像机参数的在线调整，调整方法就要满足高精度、快速的要求。而传统的离线标定方法存在标定过程复杂，标定耗时长等缺点，所以有必要建立一种高精度快速的摄像机参数在线调整方法。
[0004]传统的基于标定板或者标定块的标定方法，如张正友提出的基于平面模板的标定方法，虽然能获得较高的精度，但是这种方法需要标定板来辅助标定，而标定板价格昂贵，并且张氏标定法算法复杂，标定耗时长，不适合摄像机参数在线调整。
[0005]胡占义等在《基于主动视觉摄像机标定方法》中提出的基于主动视觉系统的摄像机标定方法，可以线性的标定摄像机内参数以及摄像机坐标系与平台坐标系之间的旋转矩阵。但是这种方法需要高精度的运动平台，而锻造现场环境复杂，容易对高精度运动平台的正交性造成影响，并且这种方法同样存在标定时间长，设备昂贵的问题。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，针对在锻造现场缺少有效的摄像机参数调整方法，发明一种双目视觉测量系统中摄像机参数在线调整方法。利用摄像机参数调整模板中的正交直线求得的正交消隐点来标定摄像机的内参数，包括光轴通过像平面的主点坐标以及等效焦距。再利用空间中三正交消隐点求得两摄像机间的旋转矩阵，最后利用已知间距的空间平行线求得两摄像机间的平移矩阵。
[0007]本发明采用的技术方案是一种双目视觉测量系统中摄像机参数在线调整方法，其特征是，该方法利用4个摄像机参数调整模板，通过左、右两个摄像机分别拍摄摄像机参数调整模板的图像，再识别摄像机参数调整模板图像中正交平行线，求得正交消隐点，然后分别标定两个摄像机的内参数，最后，同时标定双目视觉测量系统的外参数，具体步骤如下:
[0008]步骤1:制作4个摄像机参数调整模板[0009]制作4个摄像机参数调整模板，每个摄像机参数调整模板中平行线间的距离为一个定值，在薄板5上互成角度的粘贴四个左上、右上、左下、右下摄像机参数调整模板1、2、
3、4，构成不同角度的正交直线；
[0010]步骤2:拍摄4个摄像机参数调整模板的图像，识别摄像机参数调整模板图像中的正交平行线；
[0011]利用左、右摄像机分别拍摄4个摄像机参数调整模板的图像，根据离线标定时求得的畸变系数对4个摄像机参数调整模板图像进行畸变处理，再利用Hough变换分别识别4个摄像机参数调整模板图像中的直线，去除误识别直线，即可得到4个摄像机参数调整模板图像中的四组正交平行线；
[0012]步骤3:求正交消隐点并求取摄像机内参数；
[0013]根据步骤2获得的正交平行线组，求得正交消隐点并求取摄像机内参数；具体过程如下:
[0014](a)根据步骤I识别出的4个摄像机参数调整模板图像中的正交平行线组，分别求出4个摄像机参数调整模板图像中的正交消隐点对，然后根据已求得的消隐点分别求得第三个正交方向在摄像机坐标系下的单位方向向量；
[0015](b)设摄像机模型为线性模型，由步骤2 Ca)求得的正交消隐点对Mi(UMi，vMi)，Ni (uNi, vNi) (i=l, 2，3，4),分别代入线性方程:
[0016](uMi+uN1-uMj-uNj).X+(uMjUNj-uMiuNi).z+ (vMi+vN1-vMJ-vNj.).y- (vMivN1-vMjvNj) (i 幸 J")
(1)
[0017]其中，i, j表示不同的摄像机参数调整模板图像，UMi, Vm、UNi, VNi, UMJ, Vmj> Unj, Vnj分别为第i，j幅摄像机参数调整模板图像求得的消隐点对的坐标，联立方程即能求解出未知数X, y, z,再由:
[0018]
【权利要求】
1.一种双目视觉测量系统中摄像机参数在线调整方法，其特征是，该方法利用4个摄像机参数调整模板，通过左、右两个摄像机分别拍摄摄像机参数调整模板的图像，再识别摄像机参数调整模板图像中正交平行线，求得正交消隐点，然后分别标定两个摄像机的内参数，最后，同时标定双目视觉测量系统的外参数，具体步骤如下: 步骤1:制作4个摄像机参数调整模板 制作4个摄像机参数调整模板，每个摄像机参数调整模板中平行线间的距离为一个定值，在薄板(5 )上互成角度的粘贴四个左上、右上、左下、右下摄像机参数调整模板(1、2、3、4)，构成不同角度的正交直线； 步骤2:拍摄4个摄像机参数调整模板的图像，识别摄像机参数调整模板图像中的正交平行线； 利用左、右摄像机分别拍摄4个摄像机参数调整模板的图像，根据离线标定时求得的畸变系数对4个摄像机参数调整模板图像进行畸变处理，再利用Hough变换分别识别4个摄像机参数调整模板图像中的直线，去除误识别直线，即可得到4个摄像机参数调整模板图像中的4组正交平行线； 步骤3:求正交消隐点并求取摄像机内参数； 根据步骤2获得的正交平行线组，求得正交消隐点并求取摄像机内参数；具体过程如下: (a)根据步骤I识别出的4个摄像机参数调整模板图像中的正交平行线组，分别求出4个摄像机参数调整模板图像中·的正交消隐点对，然后根据已求得的消隐点分别求得第三个正交方向在摄像机坐标系下的单位方向向量； (b)设摄像机模型为线性模型，由步骤2Ca)求得的正交消隐点对(ΜΑι?Μ”、)，Ni(UmJm)) (i=l，2，3，4)，分别代入线性方程:
(uMi+uN1-uMj-uNj).X+(uMjUNj-uMiuNi).z + (vMi+vN1-Vmj-Vnj) y — (VmvNi_vMjvNj) (i 幸 j)(I) 其中，i, j表示不同的摄像机参数调整模板图像，UMi, VM1、UNi, VNi, UMJ, Vmj> Unj, Vnj分别为第i，j幅摄像机参数调整模板图像求得的消隐点对的坐标，联立方程即能求解出未知数X，y，z,再由:
? = r/z,H'' = V,.Λ =.1(1(,/ - V/ζ)(χ/ζ-?ν) + 4τ(vM ->')(ν-Vv),./；.=^fz-.f\ (2) \ /; 即可求出摄像机内参数，即fx, fy, U0, V0 ;其中，fx, fy为摄像机等效焦距,Uc^Vci为光轴通过像平面的主点坐标，由此可求得左摄像机内参数矩阵K左:
fx O ?OK = O fy V0⑶
O O I 同理，可得到右摄像机的内参数矩阵； 步骤4:求双目视觉测量系统的外参数 根据摄像机拍摄的摄像机参数调整模板图像，由步骤2中求得的消隐点以及已知的平行线间距离即可求得外参数；具体如下:(a)由左、右摄像机的左上摄像机参数调整模板(I)的图像中求得的正交消隐点，即可求得三正交消隐方向在摄像机坐标系下的单位方向向量；由这两组对应的单位向量由式(4)即可得到两摄像机间的旋转矩阵R ; R = V，Vt (4) 其中，F = (/f，Nf’M【),V'=(1:r，分别在左右摄像机坐标系下三正交消隐点的单位方向向量组成的矩阵，<，ν[,μ(,?τ, Mt,为左右摄像机坐标系下三正交消隐点的单位方向向量； (b)利用空间中已知的平行线间距离即可求得平行线端点在摄像机坐标系下的坐标P与P’，由步骤(a)中求得的旋转矩阵R，计算式(5)即可获得平移矩阵T ； T = P-RtP'( 5)。
【文档编号】G06T7/00GK103714535SQ201310691111
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】贾振元, 刘巍, 杨景豪, 刘阳, 李明星, 张驰 申请人:大连理工大学