一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法，包括步骤：1)小视场散焦位置和大视场测量位置靶标设计；2)小视场散焦位置靶标图像采集；3)大视场测量位置靶标图像采集；4)基于小视场散焦位置靶标图像的单个视觉传感器标定；5)基于大视场测量位置靶标图像的立体视觉标定。通过设计小视场散焦位置靶标，实现单个视觉传感器标定，设计大视场测量位置靶标，实现了立体视觉标定，提高了大视场立体视觉系统标定的成功率；通过对大视场测量区域进行划分，使标定操作方便，且易保障标定精度。该发明专利技术具有操作方便、标定成功率高、标定精度高的优点，适用于大视场立体视觉系统标定。

A calibration method for large field of view stereo vision system based on defocus image

The invention discloses a large field stereo vision system calibration method based on defocus image, including steps: 1) target design of small field defocus position and large field of view measurement position; 2) target image acquisition of small field of view defocus position; 3) target image acquisition of large field of view measurement position; 4) single target image based on small field of view defocus position target image A vision sensor calibration; 5) stereo vision calibration based on large field of view position target image. A small field of view defocus position target is designed to calibrate a single visual sensor, and a large field of view position target is designed to achieve stereo vision calibration, which improves the success rate of large field of view stereo vision system calibration. The invention has the advantages of convenient operation, high calibration success rate and high calibration precision, and is suitable for the calibration of large field stereo vision system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法
本专利技术涉及立体视觉领域，尤其涉及一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法。
技术介绍
随着机器视觉的不断发展，立体视觉测量技术广泛应用于工业、农业和国防领域。标定是立体视觉测量的核心步骤，标定方法的精度直接影响测量的精度。当视场范围较大时，传统标定方法存在大靶标难以制作、携带和使用，小靶标标定精度不高的问题，无法满足大视场场景需求，因此研究一种大视场立体视觉系统标定方法具有重要的意义。目前，国内外现有的大视场立体视觉系统标定方法有：(1)基于一维靶标的大视场立体视觉系统标定方法，通过多个一维靶标组合，实现立体视觉系统的标定，此类方法能达到较高的标定精度，但是由于线性靶标上标记点不足，需要多次摆放才能覆盖视场区域，且其对靶标制作的精度要求较高，操作较繁琐，实用性较差；(2)基于二维靶标拼接的大视场立体视觉系统标定方法，通过采用算法或刚性装置将多个二维靶标拼接成大靶标，实现立体视觉系统的标定，此类方法的标定精度较高，但是由于在标定过程中同时使用了多个靶标，操作难度较大，标定成功率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法，旨在解决现有技术存在的操作繁琐、标定成功率低的问题，本专利技术方法具体包括以下步骤：1)小视场散焦位置和大视场测量位置靶标设计，具体包括以下步骤：(1.1)靶标大小设计：为了标定过程的灵活性，采用手持式靶标，并根据手持约束、平面性约束和大视场约束确定靶标大小。(1.2)小视场散焦位置靶标参数设计：小视场散焦位置与大视场测量位置相比，离视觉传感器更近，视场较小，同等大小的物体成像较大、占像素多。因此，在能准确定位标记点的前提下，为了排列更多标记点，标记点的大小和间距可设计的小一些。(1.3)大视场测量位置靶标参数设计：大视场测量位置与小视场散焦位置相比，离视觉传感器更远，视场较大，同等大小的物体成像较小、占像素少。因此，为了能准确定位标记点，标记点的大小和间距需设计的大一些。2)小视场散焦位置靶标图像采集，具体包括以下步骤：(2.1)根据大视场测量位置调校立体视觉系统：立体视觉系统中包含两个视觉传感器，将靶标放在大视场测量位置，分别对每个视觉传感器进行对焦调整，使大视场测量位置的靶标清晰成像。(2.2)确定小视场散焦位置范围：设视觉传感器成像大小为SI，当小视场散焦位置靶标在视觉传感器和大视场测量位置之间沿光轴方向移动到某位置时，靶标在图像中的大小为St，则满足的位置范围作为小视场散焦位置范围。(2.3)在小视场散焦位置采集靶标图像：首先，在小视场散焦范围中选定一个位置作为小视场散焦位置；其次，选取一个视觉传感器作为待标定传感器，将小视场散焦位置靶标放在待标定传感器前，摆放N1次，采集一组靶标图像；最后，选取另一个视觉传感器，按同样的方法采集一组靶标图像，完成两个视觉传感器的靶标图像采集。3)大视场测量位置靶标图像采集，具体包括以下步骤：(3.1)确定立体视觉系统中，两个视觉传感器在大视场测量位置的公共视场范围。(3.2)将公共视场等间隔划分为m×n个长方形区域，要求每个区域的面积大于等于大视场测量位置靶标面积的k倍。(3.3)将大视场测量位置靶标在每个区域中摆放N2次，采集大视场测量位置靶标图像。4)基于小视场散焦位置靶标图像的单个视觉传感器标定；5)基于大视场测量位置靶标图像的立体视觉标定。本专利技术的优点是：通过设计小视场散焦位置靶标，实现单个视觉传感器标定，设计大视场测量位置靶标，实现立体视觉标定，提高了大视场立体视觉系统标定的成功率；通过对大视场测量区域进行划分，使标定操作方便，且易保障标定精度。该专利技术具有操作方便、标定成功率高、标定精度高的优点，适用于大视场立体视觉系统标定。附图说明图1为本专利技术的工作流程图。图2为本专利技术实施例中设计的小视场散焦位置靶标。图3为本专利技术实施例中设计的大视场测量位置靶标。图4为小视场散焦位置与大视场测量位置分布示意图。具体实施方式本专利技术采用如图1所示的基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法流程图，实现大视场下立体视觉系统的高精度标定，具体实施步骤如下：1)小视场散焦位置和大视场测量位置靶标设计(1.1)靶标大小设计：为了标定过程的灵活性，采用手持式靶标，并根据手持约束、平面性约束和大视场约束确定靶标大小。所述手持约束是指为了标定过程的灵活性，手持靶标尺寸不能大于w1×h1，质量不能超过M；平面性约束是指为了达到较高的标定精度，靶标应具有较好的平面性且在摆放过程中不易发生形变；大视场约束是指大视场条件下，为了取得较高的标定精度，靶标应尽可能的大，尽量分布满整个视场区域。本专利技术实施例中w1和h1取值皆为1000mm，M取值为2.5kg。根据手持约束、平面性约束和大视场约束，本专利技术实施例中最终选用具有轻质、高模量、耐腐蚀特点的3K碳纤维板，3K是指三千层，制作尺寸为600mm×600mm，重量为1.72kg的靶标。(1.2)小视场散焦位置靶标参数设计：小视场散焦位置与大视场测量位置相比，离视觉传感器更近，视场较小，同等大小的物体成像较大、占像素多。因此，在能准确定位标记点的前提下，为了排列更多标记点，标记点的大小和间距可设计的小一些。本专利技术实施例中，小视场散焦位置靶标参数设计的具体实施步骤如下：(a1)选择标记点类型，由于圆形具有特征明显、对噪声不敏感的特点，选用圆形标记点；(a2)确定标记点大小、间距和个数，从小视场散焦位置特性上分析，在能准确定位标记点的前提下，标记点的大小和间距可设计的小一些，从标记点个数上分析，标记点个数增加，在一定程度上可以提高标定精度，但是靶标大小有限，综合考虑以上因素，选用标记点直径40mm，两标记点中心间距60mm，标记点个数为8×9的靶标；(a3)确定定向标记点，为了能唯一定位和匹配标记点，通过添加定向标记点的方式，辅助完成标记点排序。本专利技术实施例中，小视场散焦位置靶标的定向标记点直径为40mm，位于第一行标记点的左侧，标记点中心距第一行第一个标记点中心60mm。本专利技术实施例中设计的小视场散焦位置靶标形如图2所示。(1.3)大视场测量位置靶标参数设计：大视场测量位置与小视场散焦位置相比，离视觉传感器更远，视场较大，同等大小的物体成像较小、占像素少。因此，为了能准确定位标记点，标记点的大小和间距需设计的大一些。本专利技术实施例中，大视场测量位置靶标参数设计的具体实施步骤如下：(b1)选择标记点类型，由于圆形具有特征明显、对噪声不敏感的特点，选用圆形标记点；(b2)确定标记点大小、间距和个数，从大视场测量位置特性上分析，为了能准确定位标记点，标记点的大小和间距需设计的大一些，从标记点个数上分析，标记点个数增加，在一定程度上可以提高标定精度，但是靶标大小有限，综合考虑以上因素，选用标记点直径53mm，两标记点中心间距79mm，标记点个数为6×7的靶标；(b3)确定定向标记点，为了能唯一定位和匹配标记点，通过添加定向标记点的方式，辅助完成标记点排序。本专利技术实施例中，大视场测量位置靶标的定向标记点直径为53mm，位于第一行标记点的左侧，标记点中心距第一行第一个标记点中心79mm。本专利技术实施例中设计的大视场测量位置靶标形如图3所示。本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法，其特征在于包括以下步骤：1)小视场散焦位置和大视场测量位置靶标设计；2)小视场散焦位置靶标图像采集；3)大视场测量位置靶标图像采集；4)基于小视场散焦位置靶标图像的单个视觉传感器标定；5)基于大视场测量位置靶标图像的立体视觉标定。

【技术特征摘要】
1.一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法，其特征在于包括以下步骤：1)小视场散焦位置和大视场测量位置靶标设计；2)小视场散焦位置靶标图像采集；3)大视场测量位置靶标图像采集；4)基于小视场散焦位置靶标图像的单个视觉传感器标定；5)基于大视场测量位置靶标图像的立体视觉标定。2.根据权利要求1所述的一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法，其特征在于，步骤1)小视场散焦位置和大视场测量位置靶标设计，具体包括以下步骤：(1.1)靶标大小设计：为了标定过程的灵活性，采用手持式靶标，并根据手持约束、平面性约束和大视场约束确定靶标大小；(1.2)小视场散焦位置靶标参数设计：小视场散焦位置成像时每个像素表示k1mm/pixel，图像中能精确定位的圆直径为d，则靶标标记圆的直径设计为k1dmm，标记圆心距为2k1dmm；(1.3)大视场测量位置靶标参数设计：小视场散焦位置成像时每个像素表示k2mm/pixel，图像中能精确定位的圆直径为d，则靶标标记圆的直径设计为k2dmm，标记圆心距为2k2dmm。3.根据权利要求1所述的一种基于散焦图像的大视场立体视觉系统标定方法，其特征在于，步骤2)小视场散焦位置靶标图像采集，具体包括以下步骤：(2.1)根据大...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧巧凤，余淑真，熊邦书，雷鸰，莫燕，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36