用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法技术方案

本发明专利技术涉及星敏感器地面测试技术领域，特别涉及一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法，包括：确定标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；令各三维转台均处于初始的零位位置；利用标定板，标定各组相机装置中的高精度相机，确定各高精度相机的内参数和外参数；在每组相机装置中的三维转台的可转动轴框上设置标记点；选取两组相机装置，标定其余各组相机装置的三维转台；再选出另两组相机装置，标定在先选取的两组相机装置的三维转台；选定基准坐标系，确定其余各组相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，得到多相机系统的外参数。本发明专利技术能够快速、准确地对用于监测星空系统的多相机及转台进行标定。标定。标定。

【技术实现步骤摘要】
用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法


[0001]本专利技术实施例涉及星敏感器地面测试
，特别涉及一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法以及星空背景模拟系统监测方法。

技术介绍

[0002]星敏感器是卫星姿态控制系统的重要组成部分。为在地面进行星敏感器性能测试，常使用星空背景模拟系统(简称星空系统)来模拟星敏感器所处的星空背景环境。星空系统模拟的各个星点在真空环境腔内部实现，模拟星点的位置作为测量基准，要求其在测试过程中保持稳定。因此，需要在真空条件下对各个单星模拟器及支撑结构的结构变形进行实时监测。
[0003]为实现非接触式测量，可采用相机拍摄图像实现变形监测。考虑到模拟星空环境所需范围较大，单相机拍摄范围有限，可采用转台带动相机移动，扩大单相机可拍摄范围，并利用多相机相互配合，实现对所有单星模拟器及支撑结构的监测。为解算相机拍摄的图像，需对相机进行标定，但相机及转台设置在真空环境腔内部，且拍摄范围大，工作环境出入困难，难以通过常规的标定技术对其进行标定。因此，如何快速、准确地对用于监测星空系统的多相机及转台进行标定，成为精确监测星空系统的难点。

技术实现思路

[0004]为快速标定用于监测星空背景模拟系统的多相机及转台，本专利技术实施例提供了一种标定方法，能够高效、非接触地完成相机标定，以便建立图像像素点和三维空间点的联系，为精确监测星空系统提供技术支持。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法，其中，
[0006]用于监测星空背景模拟系统的多相机系统包括至少四组相机装置；每组所述相机装置均包括三维转台和高精度相机，高精度相机设于三维转台并能够跟随三维转台移动，各组所述相机装置相互可视；
[0007]该标定方法包括：
[0008]将标定板置于星空背景模拟系统的真空环境腔内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
[0009]调整各组所述相机装置，令各三维转台均处于初始的零位位置；
[0010]利用所述标定板，标定各组所述相机装置中的高精度相机，确定各高精度相机的内参数和外参数；
[0011]在每组所述相机装置中的三维转台的可转动轴框上设置标记点；
[0012]选取两组所述相机装置，并通过选出的两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的三维转台，根据标志点的运动轨迹，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
[0013]再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的三维转台，根据标志点的运动轨迹，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
[0014]选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，得到多相机系统的外参数；所述多相机系统的外参数包括各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系。
[0015]可选地，所述标定所述标定板，包括：
[0016]建立世界坐标系O
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；
[0017]利用摄影测量相机拍摄所述标定板及铟钢基准尺，通过单相机后方交会法，确定所述标定板上的标志点及所述铟钢基准尺上的基准点在世界坐标系O
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的空间三维坐标；所述铟钢基准尺上的多个所述基准点相对位置关系经过校准；
[0018]利用所述铟钢基准尺的所述基准点的相对位置及空间三维坐标，校正所述标志点在世界坐标系O
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的空间三维坐标，得到所述标定板上的所述标志点在世界坐标系下的三维表示。
[0019]可选地，所述调整各组所述相机装置，令三维转台均处于初始的零位位置，包括：
[0020]通过各组所述相机装置中的三维转台调整相应高精度相机的光轴，令各高精度相机的光轴均指向所述标定板，拍摄范围覆盖所述标定板及其余所述相机装置，设置各三维转台当前位置为初始的零位位置。
[0021]可选地，所述利用所述标定板，标定各组所述相机装置中的高精度相机，包括：
[0022]令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点；
[0023]根据各所述相机装置采集的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解各高精度相机的内参数和外参数；
[0024]根据每一对所述相机装置采集的相同的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解一对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系。
[0025]可选地，所述令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点，包括：
[0026]令每一对所述相机装置同时采集所述标定板上相同的所述标志点，并记录所述标志点在世界坐标系下的三维表示；
[0027]调整所述标定板的位置后，重复上一步骤，直至采集到足够多的标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示。
[0028]可选地，所述通过选出的两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的三维转台，包括：
[0029]对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
[0030]令选出的两组所述相机装置中的两个三维转台均保持零位位置不变动，以两个高精度相机组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的三维转台分别绕三轴转动过程中的标记点运动轨迹；所述标记点运动轨迹记录在测量坐标系下；
[0031]根据拍摄的标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中三维
转台的转台坐标系；
[0032]结合各对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
[0033]可选地，所述根据拍摄的标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中三维转台的转台坐标系，包括：
[0034]在测量坐标系下，分别根据三维转台绕轴转动过程中的标记点运动轨迹，解算三维转台运动的转轴向量；
[0035]根据解算所得的三个转轴向量建立转台坐标系，确定转台坐标系原点及三轴方向。
[0036]可选地，所述标定板及铟钢基准尺通过移动装置设于星空背景模拟系统的真空环境腔内，位于星空背景模拟系统的星模拟器的一侧；
[0037]该标定方法还包括：
[0038]定期利用所述标定板及铟钢基准尺，重新标定所述多相机系统。
[0039]可选地，该标定方法中，各高精度相机拍摄图像均在真空条件下完成。
[0040]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种星空背景模拟系统监测方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测星空背景模拟系统的多相机系统标定方法，其特征在于，用于监测星空背景模拟系统的多相机系统包括至少四组相机装置；每组所述相机装置均包括三维转台和高精度相机，高精度相机设于三维转台并能够跟随三维转台移动，各组所述相机装置相互可视；该标定方法包括：将标定板置于星空背景模拟系统的真空环境腔内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；调整各组所述相机装置，令各三维转台均处于初始的零位位置；利用所述标定板，标定各组所述相机装置中的高精度相机，确定各高精度相机的内参数和外参数；在每组所述相机装置中的三维转台的可转动轴框上设置标记点；选取两组所述相机装置，并通过选出的两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的三维转台，根据标志点的运动轨迹，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的三维转台，根据标志点的运动轨迹，确定各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，得到多相机系统的外参数；所述多相机系统的外参数包括各三维转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，以及各高精度相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定所述标定板，包括：建立世界坐标系O
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；利用摄影测量相机拍摄所述标定板及铟钢基准尺，通过单相机后方交会法，确定所述标定板上的标志点及所述铟钢基准尺上的基准点在世界坐标系O
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的空间三维坐标；所述铟钢基准尺上的多个所述基准点相对位置关系经过校准；利用所述铟钢基准尺的所述基准点的相对位置及空间三维坐标，校正所述标志点在世界坐标系O
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的空间三维坐标，得到所述标定板上的所述标志点在世界坐标系下的三维表示。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整各组所述相机装置，令三维转台均处于初始的零位位置，包括：通过各组所述相机装置中的三维转台调整相应高精度相机的光轴，令各高精度相机的光轴均指向所述标定板，拍摄范围覆盖所述标定板及其余所述相机装置，设置各三维转台当前位置为初始的零位位置。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述标定板，标定各组所述相机装置中的高精度相机，包括：令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹月，张成龙，王立，吴奋陟，魏欣鹏，张丽华，郭健，梁士通，闫斯畅，王嘉珺，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：