一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，包括一个靶标平面、多台相机、一个相机安装架和一台PC机，所述的靶标平面与相机安装架以设定间隔放置，所述的多台相机分别设在相机安装架上，所述的PC机与相机连接，所述的靶标平面设有多个分别由四个靶点组成的正方形靶标，所述的多个正方形靶标分别对应位于多台相机的视场内；PC机控制相机采集对应正方形靶标的图像，并获得各靶点在相机坐标系统中的位置，根据两两正方形靶标间的位置关系，计算相应的两台相机间的空间位置关系。与现有技术相比，本发明具有标定结果精确、操作简单、成本低廉等优点。
【专利说明】 一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种相机标定装置，尤其是涉及一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置。
【背景技术】
[0002]摄影三维测量技术具有非接触、速度快等优点，在工业检测等领域有着广泛的应用前景。实现物体的三维测量主要依靠多台相机进行。每台相机固有的内部几何参数和多个相机之间的位置关系，即外部参数，需要事先进行标定。相机标定结果的好坏直接决定测量结果的精确程度，因此需要研究相机的标定方法和研制相应的装置。
[0003]目前，对于多台相机两两位置参数的标定，有一种方法是通过线性方程直接求解左右相机之间的旋转矩阵和平移矩阵，另一种方法是利用基础矩阵来求解左右相机的旋转矩阵和平移矩阵，但是这两种方法都是基于代数方法，避免不了解线性方程带来的大量计算和引入的误差。
[0004]分布的多相机标定主要采用分层方法。该方法首先利用棋盘格单独标定每个相机的内部参数，然后利用一维物体的信息，对相机的外部参数进行求解。相机外部参数求解时，根据两个相机共同图像的个数，对相机的共同视野进行描述，并以此构造带权连通图，求解最短转换路径，对相机进行两两标定。但该方法只考虑了相机之间的共同视场，而忽略了其视场内标定点的质量，对标定的精度造成了一定的影响，另外，这种方法的局限性是在大视场范围内，需要构造有共同视场的多台相机，造成了相机使用个数的浪费，因此不适合于分布的不共视场的多相机标定。针对分布的大视场测量要求，以及测量物体的离散型特征，为了尽量减少相机的使用个数，需要研究分布式不共视场相机之间的坐标系转换标定算法。
[0005]目前几乎没有针对不同视场的两台或多台相机进行标定的方法，因此也缺少专用于分布的多台相机标定的相应装置。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种标定结果精确、操作简单、成本低廉的多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，包括一个靶标平面、多台相机、一个相机安装架和一台PC机，所述的靶标平面与相机安装架以设定间隔放置，所述的多台相机分别设在相机安装架上，所述的PC机与相机连接，所述的靶标平面设有多个分别由四个靶点组成的正方形靶标，所述的多个正方形靶标分别对应位于多台相机的视场内；
[0009]PC机控制相机采集对应正方形靶标的图像，并获得各靶点在相机坐标系统中的位置，根据两两正方形靶标间的位置关系，计算相应的两台相机间的空间位置关系。[0010]所述的正方形靶标的个数与相机个数相等。
[0011]所述的多个正方形靶标的边长相等。
[0012]所述的多个正方形靶标平行分布在靶标平面上。
[0013]所述的多台相机中，相邻两台相机的视场无交集。
[0014]所述的设定间隔为0.5m?2m。
[0015]所述的PC机为安装有相机采集卡的PC机。
[0016]所述的空间位置关系包括平移向量和旋转矩阵。
[0017]与现有技术相比，本发明提供一套简单的装置用于标定多台不共视场相机之间的位置关系，该装置标定结果精确，操作简单，成本低廉。方便用于环境特殊的使用场景。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的结构示意图；
[0019]图2为本发明靶平面示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0021]如图1所示,一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置,包括一个靶标平面1、多台相机2、一个相机安装架3和一台PC机5，所述的靶标平面I与相机安装架3以设定间隔(0.5m?2m)放置，所述的多台相机2分别设在相机安装架3上，相邻两台相机的视场无交集，所述的PC机4通过数据线4与相机2连接，所述的靶标平面I设有多个分别由四个靶点组成的正方形靶标，所述的多个正方形靶标分别对应位于多台相机2的视场内，多个正方形靶标的边长相等。所述的正方形靶标的个数与相机个数相等，本实施例中相机设有两台，靶标平面I设在两个正方形靶标。所述的PC机5为安装有相机采集卡的PC机。
[0022]利用上述装置进行相机空间位置关系标定的具体方法为:
[0023](I)安装靶标平面
[0024]首先将靶标平面安放好，使得2台相机均能够清晰的看到正方形靶点的图像，两台相机的视场无交集，调整并固定靶标，测量靶标之间的平移距离X。
[0025]如图2所示，靶标平面上每4个靶点构成一个正方形靶标，为了计算方便，两个正方形靶标平行分布，两个正方形靶标之间的平移关系t=(x，y，z)已知。如果该边长方向为设定的X轴，这样平移向量t=(x，y，z)在靶标平面上的表达变为t=(x，0，0)，测量出两个正方形对应的靶点之间的距离，即是X值。
[0026](2)拍摄靶标图像
[0027]通过PC机控制2台相机分别拍摄靶标图像，在2台相机拍摄图像的过程中保持2台相机和靶标平面三者之间的相对位置保持不变。
[0028](3)图像计算处理
[0029]通过PC机上的图像处理程序计算出2台相机之间的坐标转换关系:PC机分别提取2个正方形靶标的角点坐标，使用方靶模型，计算在2个相机坐标系中2个靶标的方程。由于2个靶标在同一个平面上，因此可以由测量的X值推算出来2台相机坐标系之间的位置转换关系，包括一个平移向量t12和一个旋转矩阵r12。
[0030]虽然已经结合具体的示范性实施例并结合附图充分的描述了本发明，对于本领域技术人员来说，对本发明的各种修改和改变是显而易见的，完全可根据该装置扩展用于标定多台相机的科研和生产活动中。
[0031]因此，除非这些改变和变形脱离本发明的范围，否则它们应该被解释为包括在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，其特征在于，包括一个靶标平面、多台相机、一个相机安装架和一台PC机，所述的靶标平面与相机安装架以设定间隔放置，所述的多台相机分别设在相机安装架上，所述的PC机与相机连接，所述的靶标平面设有多个分别由四个靶点组成的正方形靶标，所述的多个正方形靶标分别对应位于多台相机的视场内； PC机控制相机采集对应正方形靶标的图像，并获得各靶点在相机坐标系统中的位置，根据两两正方形靶标间的位置关系，计算相应的两台相机间的空间位置关系。
2.根据权利要求1所述的一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，其特征在于，所述的正方形靶标的个数与相机个数相等。
3.根据权利要求1所述的一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，其特征在于，所述的多个正方形靶标的边长相等。
4.根据权利要求1所述的一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，其特征在于，所述的多个正方形靶标平行分布在靶标平面上。
5.根据权利要求1所述的一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，其特征在于，所述的多台相机中，相邻两台相机的视场无交集。
6.根据权利要求1所述的一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，其特征在于，所述的设定间隔为0.5m?2m。
7.根据权利要求1所述的一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，其特征在于，所述的PC机为安装有相机采集卡的PC机。
8.根据权利要求1所述的一种多相机摄影测量系统中相机空间位置关系标定装置，其特征在于，所述的空间位置关系包括平移向量和旋转矩阵。
【文档编号】G06T7/00GK103632364SQ201310548552
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】袁勇, 艾青, 姚旭朋, 徐祥星, 欧飞奇, 王旭东 申请人:同济大学, 上海亦古信息科技有限公司