一种相机测量场建立方法及靶标技术

本发明专利技术涉及一种相机测量场建立方法及靶标，根据被测对象数模确定被测点的理论坐标；根据实际工作距离，调整靶标标记尺寸大小；把靶标底座安装到被测对象的被测点上；根据相机视野中标记图像质量，手动调整靶标标记的角度，使得靶标标记平面与相机视平面平行；拍照计算标记中心点在相机坐标系下的三维坐标，根据底座和靶标的尺寸信息、以及靶标标记中心与被测点转换关系公式，计算出被测点在相机坐标系下的三维坐标；重复上述步骤，记录相机坐标系下被测点的三维坐标和被测点的已知坐标；根据记录的被测点坐标，采用最佳拟合算法计算出相机坐标系被测点坐标与被测点已知坐标之间的关系，进而建立相机的测量场；从而实现相机测量场的快速建立。测量场的快速建立。测量场的快速建立。

【技术实现步骤摘要】
一种相机测量场建立方法及靶标


[0001]本专利技术属于视觉测量
，尤其涉及一种相机测量场建立方法及靶标。

技术介绍

[0002]相机测量技术具有高速、高精度等特点已被广泛应用于航空制造中大尺寸飞机部件位姿测量与对接、工业机器人视觉引导、增强现实辅助装配信息投影等应用中，但是相机测量场需要繁琐的步骤确定被测对象在测量场中的相对位置，限制了相机测量技术在航空制造领域中的应用。
[0003]相机测量系统建立通常采用编码标记点、反光标记点、ArUco标记等粘贴在被测物上，利用测量出实际标记的三维坐标与理论标记点的位置关系，进而解算出被测对象相对于相机坐标系的位姿信息。对于没有尺寸信息的标记如反光标记点，通常需要增加相机数量或者配合结构光设备使用，使得视觉测量系统复杂；对于带有尺寸信息的标记如ArUco标记，可以直接利用单目相机求解出标记中心的三维坐标，简化繁琐的测量场构建步骤。但是检测精度受标记与相机视平面的夹角影响大，且没有专用的固定装夹工具，这样极大地限制了此类标记在视觉测量系统中应用。
[0004]虽然目前带有尺寸信息的标记可以较好地简化繁琐的测量场构建步骤，降低系统的复杂度，但是标记的放置方式对视觉检测精度影响很大，实际应用中难以使标记平面与相机平面平行，导致检测精度不稳定；且标记没有专用的固定装夹工具，难以建立标记与理论被测点之间的位置关系。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要针对以上问题，提出了一种相机测量场建立方法及靶标，以解决相机用于测量时，传统测量场建立步骤繁琐的问题，同时解决传统测量精度低与速度慢的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种相机测量场建立用靶标，所述靶标包括：
[0007]底座，所述底座包括靶标球窝和定位销，所述定位销用于插入被测对象工装或被测对象的定位孔中；
[0008]靶标本体，所述靶标本体包括定位球和标记板，所述定位球可转动地安置在所述靶标球窝内，所述标记板上具有标记平面，所述标记平面的中心法线经过所述定位球的球心。
[0009]进一步地，所述标记板包括下端的基板和设于所述基板上的氧化铝膜，其中，所述氧化铝膜上绘制有标记图案。
[0010]进一步地，所述靶标球窝与所述定位球之间磁吸连接。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了一种使用上述所述靶标的一种相机测量场建立方法，包括以下步骤：
[0012]将已知尺寸参数和标记参数的所述靶标安装在被测对象的被测点上、并使所述靶标的标记平面与相机视平面平行；
[0013]根据已知所述靶标的尺寸参数和标记参数构建所述靶标标记中心点三维坐标与所述被测对象上被测点的三维坐标间的转换关系；
[0014]拍照并计算所述靶标标记中心点在相机坐标系下的三维坐标，根据所述靶标标记中心点三维坐标与所述被测对象上被测点的三维坐标间的转换关系，计算出所述被测点在所述相机坐标系下的三维坐标；
[0015]重复上述步骤，记录不少于6组被测点在所述相机坐标系下的三维坐标，每组需同时记录被测点的已知坐标和在所述相机坐标系下被测点的三维坐标；
[0016]根据所述记录的被测点的已知坐标和在所述相机坐标系下被测点的三维坐标，采用最佳拟合算法计算出所述相机坐标系下被测点的三维坐标与所述被测点已知坐标之间的关系，建立相机测量场。
[0017]进一步地，构建所述靶标标记中心点三维坐标与所述被测对象上被测点的三维坐标间的转换关系为：
[0018][0019]式中t
x
、t
y
、t
z
表示靶标定位的修正参数；t
d
表示靶标的基板厚度；t
r
表示靶标的定位球半径；X
m
，Y
m
，Z
m
为靶标标记中心点三维坐标；R，T为相机检测标记的外参；X
c
，Y
c
，Z
c
为被测点的三维坐标。
[0020]进一步地，使所述靶标的标记平面与相机视平面平行的步骤包括：根据所述相机视中的标记图像质量，手动调整所述靶标的角度，使得所述靶标标记平面与所述相机视平面平行。
[0021]进一步地，在所述相机测量场快速建立的过程中，可以根据所述测量场内靶标标记在所述相机视野中的大小，更换不同尺寸的靶标。
[0022]进一步地，当使用单相机测量时，由所述单相机覆盖所有靶标的标记区域，控制所述单相机拍照获取当前图像，并计算出所述被测点在所述相机坐标系下的三维坐标，通过与所述被测点的已知坐标拟合计算，确定所述被测对象在所述单相机坐标系中的位姿信息。
[0023]进一步地，当使用多相机测量时，使所述多相机覆盖所有靶标的标记区域，调整所述靶标角度，使得所述靶标标记平面与其中一相机视平面平行，控制该相机拍照获取当前图像，并计算出所述靶标固定位置下的被测点在该相机坐标系下的三维坐标；再次调整所述靶标角度，使得所述靶标标记平面与另一相机视平面平行，控制该相机拍照获取当前图像，并计算出所述靶标固定位置下的被测点在该相机坐标系下的三维坐标，根据所述被测点在所述多相机坐标系下的三维坐标关系，确定所述多相机之间的空间转换关系，建立相机测量场。
[0024]进一步地，被测点的已知坐标是根据被测对象数模确定得到的，或者通过激光跟踪仪测量得到的。
[0025]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：通过本专利技术的一种靶标，作为此类标记的专用固定装夹工具，使得标记可以在一定角度内转动，且便于建立标记中心点与理论被测点之间的位置关系，从而实现相机测量场的快速建立。
附图说明
[0026]图1为本专利技术披露的一种相机测量场建立用靶标的分解结构示意图。
[0027]图2为本专利技术披露的一种相机测量场建立用靶标的组合结构示意图。
[0028]图3为本专利技术披露的一种靶标标记中心点与被测点转换关系结构示意图。
[0029]图4为本专利技术披露的一种靶标的单相机/多相机测量场建立方法示意图。
[0030]图中：1、工件；2、靶标；3和4、相机；5、三脚架；6、控制计算机；20、底座；20
‑
1、靶标球窝；20
‑
2、定位销；21、靶标本体；21
‑
1、定位球；21
‑
2、标记板。
具体实施方式
[0031]以下结合附图1至4和具体实施例对本专利技术提出的相机测量场建立方法及靶标作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。为了使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相机测量场建立用靶标，其特征在于，所述靶标包括：底座，所述底座包括靶标球窝和定位销，所述定位销用于插入被测对象工装或被测对象的定位孔中；靶标本体，所述靶标本体包括定位球和标记板，所述定位球可转动地安置在所述靶标球窝内，所述标记板上具有标记平面，所述标记平面的中心法线经过所述定位球的球心。2.如权利要求1所述的一种相机测量场建立用靶标，其特征在于，所述标记板包括下端的基板和设于所述基板上的氧化铝膜，其中，所述氧化铝膜上绘制有标记图案。3.如权利要求1所述的一种相机测量场建立用靶标，其特征在于，所述靶标球窝与所述定位球之间磁吸连接。4.使用如权利要求1
‑
3任一项所述靶标的一种相机测量场建立方法，其特征在于，包括以下步骤：将已知尺寸参数和标记参数的所述靶标安装在被测对象的被测点上、并使所述靶标的标记平面与相机视平面平行；根据已知所述靶标的尺寸参数和标记参数构建所述靶标标记中心点三维坐标与所述被测对象上被测点的三维坐标间的转换关系；拍照并计算所述靶标标记中心点在相机坐标系下的三维坐标，根据所述靶标标记中心点三维坐标与所述被测对象上被测点的三维坐标间的转换关系，计算出所述被测点在所述相机坐标系下的三维坐标；重复上述步骤，记录不少于6组被测点在所述相机坐标系下的三维坐标，每组需同时记录被测点的已知坐标和在所述相机坐标系下被测点的三维坐标；根据所述记录的被测点的已知坐标和在所述相机坐标系下被测点的三维坐标，采用最佳拟合算法计算出所述相机坐标系下被测点的三维坐标与所述被测点已知坐标之间的关系，建立相机测量场。5.如权利要求4所述的一种相机测量场建立方法，其特征在于，构建所述靶标标记中心点三维坐标与所述被测对象上被测点的三维坐标间的转换关系为：式中t
x
、t
y
、t
z
表示靶标定位的修正参数；t
d
表示靶标的基板厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆欣伟，秦玉波，邹方，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：