基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法及装置制造方法及图纸

一种基于激光测距仪辅助的无公共视场的两相机标定方法及装置，包括：第一相机和第二相机分别拍摄第一靶标和第二靶标，测量第一、第二靶标分别与第一、第二相机的位姿关系，以第一相机坐标系为全局坐标系，测量过程中利用激光测距仪辅助提高相机光轴方向上的精度；标定无公共视场的两相机之间的位姿关系；该方法能够实现高精度的标定，且不必知道两靶标之间的关系，只需两靶标和连杆固连，并且该方法使用的激光测距仪体积小，使用方便、灵活，克服传统标定方法中外部辅助设备较大，受空间限制，通过扩展相机的数量，可实现对更多相机的标定。

Two camera calibration method and device without auxiliary field of view based on laser rangefinder

A calibration method and device for two cameras without common field of view assisted by laser rangefinder include: the first camera and the second camera shoot the first target and the second target respectively, and measure the pose relationship between the first and the second target and the first and the second cameras, respectively. Laser range finder is used to help improve the accuracy of the optical axis direction of the camera, calibrate the pose relationship between two cameras without a common field of view, and this method can achieve high precision calibration without knowing the relationship between the two targets, only two targets and connecting rods are fixed, and the laser range finder used in this method is small in size, so that It is convenient and flexible to overcome the large external auxiliary equipment and space limitation in traditional calibration methods. By expanding the number of cameras, more cameras can be calibrated.

【技术实现步骤摘要】
基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法及装置
本专利技术涉及机器视觉中两相机标定技术，具体涉及基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法及装置，即没有公共视场的相机标定，利用激光测距仪提高两相机的标定精度。
技术介绍
视觉传感器(相机)具有非接触、精度高、速度快等一系列优点，常用在三维坐标测量系统中；单个视觉传感器由于视场受限，无法满足大型系统测量需求，所以需要将两个传感器结合起来；如何确定两个传感器之间的位姿关系是整个测量系统不可或缺的重要步骤；目前，现有技术中的两相机标定法，例如：同名坐标统一法以及世界坐标统一法，都需要大型的外部辅助设备参与工作，可标定现场的空间往往有限，并不是任何环境都能安装这些大型的外部辅助设备，使得现有技术在采用两相机标定工作中，遇到较多的推广阻力，实施困难，且标定精度低。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法及装置，通过科学、优化的方法设计，完成了无需占用较大空间及支配较多辅助设备的前提下，高精度的完成标定测量，且该专利技术技术方案灵活简便，工作安全可靠；基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法及装置，其中，基于激光测距仪辅助的无公共视场的两相机标定方法，包括如下步骤：步骤一、第一相机和第二相机分别拍摄第一靶标和第二靶标，并测量第一、第二靶标分别与第一、第二相机的位姿关系，设定第一相机坐标系为全局坐标系，测量过程中利用激光测距仪辅助提高相机光轴方向上的位移测量精度；步骤二、标定无公共视场的第一、第二相机之间的位姿关系；包括：进一步的，采用激光测距仪辅助视觉传感器进行测量，以提高光轴方向上位移侧测量精度，具体步骤如下：首先，将所述第一、第二相机与激光测距仪固连，保证所述激光测距仪的测距方向与所述第一、第二相机光轴方向基本一致；作为一种举例说明，所述基本一致是指保证所述激光测距仪与相机构成相机-激光测距仪位姿测量系统；其次，标定激光出光点在第一、第二相机坐标系下的坐标；再次，标定激光光束的方向；最后，对相机-激光测距仪组合测量模块建模，求取高精度的特征点在所述第一、第二相机坐标系下的坐标；进一步的，标定出无公共视场的所述第一相机和第二相机的相对位姿关系，由所述第一靶标和第二靶标上特征点之间构建的矢量与距离关系、标定出所述第一相机和第二相机之间的位姿关系，具体包括如下技术步骤：第一、变换连杆位置，由所述第一靶标和第二靶标上任意点构建的矢量夹角在全局坐标系中不变的原则建立角度关系式：其中，分别为第一第二靶标中点任意两点在第一、第二相机坐标系下的坐标构建的单位矢量，θ表示该单位矢量的夹角，j表示不同的位置；为第二相机坐标系到第一相机坐标系的旋转矩阵；为第二靶标上的任意两点第一相机坐标系下的单位矢量，由通过转化而来；第二、第一靶标和第二靶标上各取一个点，变换连杆的位置，在全局坐标系下两点之间的距离不变，以此约束建立位置关系式：其中，为第一靶标上的点在第一相机坐标系下的坐标，为第二靶标上的点在第一相机坐标系下的坐标，j表示不同的位置；基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定装置，包括：第一相机、第二相机、第一靶标、第二靶标、连杆、两个激光测距仪；进一步的，所述第一相机和第二相机分别用于拍摄第一靶标和第二靶标；所述第一、第二靶标通过所述连杆固连连接；所述的两个激光测距仪分别辅助第一、第二相机测量第一靶标和第二靶标分别与第一相机、第二相机的位姿关系；本专利技术的有益效果：1、本专利技术针对无公共视场的两相机标定问题，首先将激光测距仪与相机构成组合测量模块，对组合测量模块进行建模求取更精确的特征点在相机坐标系下的坐标，然后利用两个靶标上特征点的约束关系，通过解方程的形式得到两相机之间的位姿关系；2、该方法能够实现高精度的标定，且不必知道两靶标之间的关系，只需两靶标和连杆固连，并且该方法使用的激光测距仪体积小，使用方便、灵活，克服传统标定方法中外部辅助设备较大，受空间限制，通过扩展相机的数量，可实现对更多相机的标定。附图说明图1是本专利技术基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法及装置之相机和激光测距仪构成的组合测量模块示意图图2是本专利技术基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法及装置之两相机标定示意图图3是本专利技术基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法之工作流程示意图具体实施方式下面，参考附图1至图3所示，基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定方法及装置，其中：基于激光测距仪辅助的无公共视场的两相机标定方法，包括如下步骤：步骤一、第一相机101和第二相机102分别拍摄第一靶标103和第二靶标104，并测量第一靶标103、第二靶标104分别与第一相机101、第二相机102的位姿关系，设定第一相机101坐标系为全局坐标系，测量过程中利用激光测距仪105辅助提高相机光轴方向上的位移测量精度；步骤二、标定无公共视场的第一101、第二相机102之间的位姿关系；包括：进一步的，采用激光测距仪105辅助视觉传感器进行测量，以提高光轴方向上位移侧测量精度，具体步骤如下：首先，将所述第一相机101、第二相机102与激光测距仪105固连，保证所述激光测距仪105的测距方向与所述第一相机101、第二相机102光轴方向基本一致；作为一种举例说明，所述基本一致是指保证所述激光测距仪105与相机构成相机-激光测距仪位姿测量系统；其次，标定激光出光点在第一相机101、第二相机102坐标系下的坐标；再次，标定激光光束的方向；最后，对相机-激光测距仪组合测量模块建模，求取高精度的特征点在所述第一相机101、第二相机102坐标系下的坐标；进一步的，标定出无公共视场的所述第一相机101和第二相机102的相对位姿关系，由所述第一靶标103和第二靶标104上特征点之间构建的矢量与距离关系、标定出所述第一相机101和第二相机102之间的位姿关系，具体包括如下技术步骤：第一、变换连杆106位置，由所述第一靶标103和第二靶标104上任意特征点构建的矢量夹角在全局坐标系中不变的原则建立角度关系式：其中，分别为第一靶标103、第二靶标104中点任意两点在第一相机101、第二相机102坐标系下的坐标构建的单位矢量，θ表示该单位矢量的夹角，j表示不同的位置；为第二相机102坐标系到第一相机101坐标系的旋转矩阵；为第二靶标上的任意两点在第一相机101坐标系下的单位矢量，由通过转化而来；第二、第一靶标103和第二靶标104上各取一个点，变换连杆106的位置，在全局坐标系下两点之间的距离不变，以此约束建立位置关系式：其中，为第一靶标103上的点在第一相机101坐标系下的坐标，为第二靶标104上的点在第一相机101坐标系下的坐标，j表示不同的位置；基于激光测距仪辅助无公共视场的两相机标定装置，包括：第一相机101、第二相机102、第一靶标103、第二靶标104、连杆106、两个激光测距仪105；进一步的，所述第一相机101和第二相机102分别用于拍摄第一靶标103和第二靶标104；所述第一靶标103、第二靶标104通过所述连杆106固连连接；所述的两个激光测距仪105分别辅助第一相机101、第二相机102测量第一靶标103和第二靶标104分别与第一相机101、第二相机102的位姿关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于激光测距仪辅助的无公共视场的两相机标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、第一相机和第二相机分别拍摄第一靶标和第二靶标，并测量第一、第二靶标分别与第一、第二相机的位姿关系，设定第一相机坐标系为全局坐标系，测量过程中利用激光测距仪辅助提高相机光轴方向上的位移测量精度；步骤二、标定无公共视场的第一、第二相机之间的位姿关系；包括：采用激光测距仪辅助视觉传感器进行测量，以提高光轴方向上位移测量精度。

【技术特征摘要】
1.基于激光测距仪辅助的无公共视场的两相机标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、第一相机和第二相机分别拍摄第一靶标和第二靶标，并测量第一、第二靶标分别与第一、第二相机的位姿关系，设定第一相机坐标系为全局坐标系，测量过程中利用激光测距仪辅助提高相机光轴方向上的位移测量精度；步骤二、标定无公共视场的第一、第二相机之间的位姿关系；包括：采用激光测距仪辅助视觉传感器进行测量，以提高光轴方向上位移测量精度。2.根据权利要求1所述的基于激光测距仪辅助的无公共视场的两相机标定方法，其特征在于，所述采用激光测距仪辅助视觉传感器进行测量的具体步骤如下：首先，将所述第一、第二相机与激光测距仪固连，保证所述激光测距仪的测距方向与所述第一、第二相机光轴方向基本一致；其次，标定激光出光点在第一、第二相机坐标系下的坐标；再次，标定激光光束的方向；最后，对相机-激光测距仪组合测量模块建模，求取高精度的特征点在所述第一、第二相机坐标系下的坐标。3.根据权利要求2所述的基于激光测距仪辅助的无公共视场的两相机标定方法，其特征在于，所述基本一致是指保证所述激光测距仪与相机构成相机-激光测距仪位姿测量系统。4.根据权利要求3所述的基于激光测距仪辅助的无公共视...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁晓琳，刘艳红，刘刚，李建利，顾宾，袁学忠，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11