一种基于双目立体视觉的摄像机光轴偏移校正装置的制作方法

本实用新型涉及光学检测领域，尤其涉及一种基于双目立体视觉的摄像机光轴偏移校正装置。

背景技术：

双目视觉测量技术是基于计算机视觉基础发展起来的一项重要的非接触式三维测量技术。与三坐标测量仪，激光扫描仪和激光跟踪仪等传统的三维测量设备相比较，双目视觉测量技术具有测量速度快，实时性好，结构简单等显著优点，在生产生活中得到了广泛的应用。

由于双目视觉系统采用的图像采集设备受到设计误差及机械加工误差的影响，使得双目视觉系统图像采集设备中的镜头可能存在光轴偏差的问题。当双目视觉系统图像采集设备中的镜头出现光轴偏差时，造成图像采集设备摄像机坐标系偏转，导致测量空间物体三维绝对坐标时会出现较大偏差的问题，无法实现对空间物体准确的三维绝对坐标获取，进而影响下一步操作，带来不良的后果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于双目立体视觉的摄像机光轴偏移校正装置；以解决双目视觉系统由于摄像机光轴偏移导致绝对坐标测量出现较大偏差的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于双目立体视觉的摄像机光轴偏移校正装置，包括底板3、检测方块6；底板3的一端设置有支架2，支架2上安装双目图像采集装置1；

底板3的另一端的上表面叠置有一主体机构4，主体机构4上阵列分布多个安装孔，螺栓穿过安装孔将主体机构4与底板3连接；通过改变安装孔的位置可调节主体机构4伸出底板3的长度；

所述主体机构4的尾部有一尾槽5，检测方块6通过螺钉固定形式安装在尾槽5中，可根据不同的测量距离需要，通过调节检测方块6在尾槽5中相应位置，进而调节检测方块6与双目图像采集装置1之间的距离。

所述检测方块6上分布检测角点，每两个角点之间的距离在15mm～25mm。所述尾槽5内分布有螺钉孔阵列，两排相邻螺钉孔之间的距离保持在15～25mm。

所述底板3的底部安装有支撑座7。

一种基于双目立体视觉的摄像机光轴偏移校正方法，其包括如下步骤：

1)检测角点实际三维坐标和理想三维坐标的采集步骤；

11)搭建双目视觉系统摄像机光轴偏移校正装置，即将需要进行光轴偏移校正的双目图像采集装置1安装固定在支架2上；根据采用的双目图像采集装置1外观参数和安装位置，绘制整套光轴偏移校正装置准确的CAD三维模型；

12)根据所采用的双目图像采集装置1焦距，调整联接螺钉在底板(3)和主体机构4的固定位置，从而改变总体长度，使双目图像采集装置1能获得清晰的检测方块6上的检测角点图像，测量实际三维坐标；可调整检测方块在尾槽5中的位置来获得不同距离的实际三维坐标；

13)根据步骤11)绘制的整套光轴偏移校正装置准确的CAD三维模型和双目图像采集装置1出厂参数，在CAD三维模型上确定理想光心位置，以理想光心位置为原点o建立理想的摄像机坐标系，测量理想三维坐标；可根据双目图像采集装置1固定位置调整三维模型，使双目图像采集装置1和三维模型外观参数一致；

2)对坐标数据进行处理，校正双目立体视觉摄像机光轴偏移步骤：

21)将同一个测量角点的实际三维坐标和理想三维坐标作为一组数据点，如：A₁(x，y，z)和B₁(x′，y′，z′)对应作为一组数据点，所述步骤1)中测量的数据可以分类为若干组数据点；

22)设实际光轴转换到理想光轴需要经过矩阵R的旋转和矩阵t的平移，因此实际坐标系三维坐标经过矩阵R的旋转和矩阵t的平移就能转换成理想坐标系三维坐标，即(x′，y′，z′)＝(x，y，z)*R+t；

23)根据步骤21)中若干组数据点和步骤22)的坐标转换关系，利用上位机确定矩阵R的旋转和矩阵t的数值，实现光轴偏移校正。

所述步骤12)中，利用双目图像采集装置1，测量检测方块上的检测角点的三维坐标A₁(x，y，z)，A₂(x，y，z)，A₃(x，y，z)，A₄(x，y，z)……，记录并储存起来作为实际三维坐标。

所述步骤13)中，根据步骤12)中角点的测量顺序，利用CAD三维模型依次测量模型对应位置角点在三维模型理想摄像机坐标系下的坐标B₁(x′，y′，z′)，B₂(x′，y′，z′)，B₃(x′，y′，z′)，B₄(x′，y′，z′)……，记录并储存起来作为理想三维坐标。

所述步骤23)中在计算R的旋转和矩阵t的具体数值时，首先上位机随机抽取四组数据点计算出矩阵R的旋转和矩阵t的初始数值，设置一个阈值将步骤21)中的数据点代入步骤22)坐标转换关系；若超出阈值，则对矩阵R和矩阵t的数值进行调整后，重新代入数据点进行计算，直至所有数据点都能在阈值范围内满足步骤22)的坐标转换关系，得到最终的旋转矩阵R和平移矩阵t。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本装置的双目图像采集装置放置于摄像机安装支架上，并通过摄像机安装支架与底板相固定。主体机构和底板通过螺钉叠加形式联接，通过移动主体机构在底板上的位置，达到调节装置总长度的目的。检测方块也通过螺钉形式安装在主体机构的尾槽中，根据不同的测量距离需要，调节检测方块在尾槽中相应位置。

本装置通过与CAD三维模型相配合，利用双目视觉系统测量检测方块上的角点获得实际光轴下的坐标，并与CAD三维模型下相应角点的理想三维坐标一并上传上位机。利用上位机对传输上来的数据点进行分析处理，通过坐标转换关系计算光轴旋转矩阵和平移矩阵，从而有效、准确地为摄像机光轴偏移校正提供了准确的参照数值。本实用新型无需获知镜头的详细设计参数，通过检测装置获得少数几组检测角点坐标，便可实现光轴校正，简单易行。

附图说明

图1为本实用新型的双目(立体)视觉摄像机光轴偏移校正原理图；

图2为本实用新型的双目视觉摄像机光轴偏移校正装置结构图；

图3为检测方块角点分布；

图4为本实用新型上位机进行数据处理的流程方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至4所示。本实用新型公开了一种基于双目立体视觉的摄像机光轴偏移校正装置，包括底板3、检测方块6；底板3的一端设置有支架2，支架2上安装双目图像采集装置1；

底板3的另一端的上表面叠置有一主体机构4，主体机构4上阵列分布多个安装孔，螺栓穿过安装孔将主体机构4与底板3连接；通过改变安装孔的位置可调节主体机构4伸出底板3的长度；

所述主体机构4的尾部有一尾槽5，检测方块6通过螺钉固定形式安装在尾槽5中，可根据不同的测量距离需要，通过调节检测方块6在尾槽5中相应位置，进而调节检测方块6与双目图像采集装置1之间的距离。

所述检测方块6上分布检测角点，每两个角点之间的距离在15mm～25mm，最好为20mm。

所述尾槽5内分布有螺钉孔阵列，两排相邻螺钉孔之间的距离保持在15～25mm，最好为20mm。

所述底板3的底部安装有支撑座7。

一种基于双目立体视觉的摄像机光轴偏移校正方法，其包括如下步骤：

1)检测角点实际三维坐标和理想三维坐标的采集步骤；

11)搭建双目视觉系统摄像机光轴偏移校正装置，即将需要进行光轴偏移校正的双目图像采集装置1安装固定在支架2上；根据采用的双目图像采集装置1外观参数和安装位置，绘制整套光轴偏移校正装置准确的CAD三维模型；

12)根据所采用的双目图像采集装置1焦距，调整联接螺钉在底板(3)和主体机构4的固定位置，从而改变总体长度，使双目图像采集装置1能获得清晰的检测方块6上的检测角点图像，测量实际三维坐标；可调整检测方块在尾槽5中的位置来获得不同距离的实际三维坐标；

13)根据步骤11)绘制的整套光轴偏移校正装置准确的CAD三维模型和双目图像采集装置1出厂参数，在CAD三维模型上确定理想光心位置，以理想光心位置为原点o建立理想的摄像机坐标系，测量理想三维坐标；可根据双目图像采集装置1固定位置调整三维模型，使双目图像采集装置1和三维模型外观参数一致；

2)对坐标数据进行处理，校正双目立体视觉摄像机光轴偏移步骤：

21)将同一个测量角点的实际三维坐标和理想三维坐标作为一组数据点，如：A₁(x，y，z)和B₁(x′，y′，z′)对应作为一组数据点，所述步骤1)中测量的数据可以分类为若干组数据点；

22)设实际光轴转换到理想光轴需要经过矩阵R的旋转和矩阵t的平移，因此实际坐标系三维坐标经过矩阵R的旋转和矩阵t的平移就能转换成理想坐标系三维坐标，即(x′，y′，z′)＝(x，y，z)*R+t；

23)根据步骤21)中若干组数据点和步骤22)的坐标转换关系，利用上位机确定矩阵R的旋转和矩阵t的数值，实现光轴偏移校正。

所述步骤12)中，利用双目图像采集装置1，测量检测方块上的检测角点的三维坐标A₁(x，y，z)，A₂(x，y，z)，A₃(x，y，z)，A₄(x，y，z)……，记录并储存起来作为实际三维坐标。

所述步骤13)中，根据步骤12)中角点的测量顺序，利用CAD三维模型依次测量模型对应位置角点在三维模型理想摄像机坐标系下的坐标B₁(x′，y′，z′)，B₂(x′，y′，z′)，B₃(x′，y′，z′)，B₄(x′，y′，z′)……，记录并储存起来作为理想三维坐标。

所述步骤23)中在计算R的旋转和矩阵t的具体数值时，首先上位机随机抽取四组数据点计算出矩阵R的旋转和矩阵t的初始数值，设置一个阈值将步骤21)中的数据点代入步骤22)坐标转换关系；若超出阈值，则对矩阵R和矩阵t的数值进行调整后，重新代入数据点进行计算，直至所有数据点都能在阈值范围内满足步骤22)的坐标转换关系，得到最终的旋转矩阵R和平移矩阵t。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。