空间机械臂视觉相机内参标定技术研究

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1、航天返回与遥感第34卷第6期74SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2013年12月空间机械臂视觉相机内参标定技术研究谭启蒙胡成威高升（北京空间飞行器总体设计部，北京100094）摘要针对空间机械臂视觉相机的任务需求与配置，内参标定技术是相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息的首要前提和重要保障。文章设计了一种基于二维平面靶的机械臂相机内参标定方法，用于解算焦距、主点坐标、畸变系数等。首先，利用相机拍摄多幅平面靶图像，求解平面靶与相机图像之间的映射矩阵；其次，构建相机内参约束方程；再次，利用特征值分解，解算焦距、主点坐标等参数值；最后，引入径

2、向、切向畸变构建非线性模型，将解得的内参作为初值，利用Levenberg-Marquardt优化算法即可计算出相机内参最优解。试验结果表明，该方法完全适用于机械臂相机内参标定，标定结果均满足机械臂视觉相机获取合作目标三维位姿的测量精度要求。关键词空间机械臂视觉相机内参标定二维平面靶中图分类号:TP391文献标志码:A文章编号:1009-8518(2013)06-0074-07DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2013.06.010ResearchonCalibrationofIntrinsicParametersforSpaceManipulator

3、CameraBasedon2DPlanarPatternTANQimengHUChengweiGAOSheng(BeijngInstituteofSpacecrfatSystemEngineering,Beijing100094,China)AbstractCalibrationofintrinsicparametershasbeenconsideredasanimportantpremiseandguaranteeforestimatingaccuratepositionandorientationofacooperativetargettosatisfyingtheta

4、skandconfigurationofspacemanipulatorcamera.Anovelapproachoncalibrationofintrinsicparametersforspacemanipulatorcamerabasedona2Dtargetisdesignedinthearticle,whichcanbeusedtocalculateafewparameterssuchasfocallength,coordinatesofprincipalpoint,coefficientsoflensdistortion.Firstofall,projection

5、matrixbe-tween2Dtargetandcameraimagecanbeacquiredfromseveraldifferenttargetphotosbycamera;secondly,constraintequationsofintrinsicparametersareformulated;thirdly,partparametersi.e.focallengthandcoor-dinatesofprincipalpointcanbecomputedaccordingtotheeigenvaluedecomposition(EVD);finally,anon-

6、linearmodelofcameraisconstructedbyintroducingradialandtangentialdistortion,andanoptimalreso-lutionofintrinsicparameterscanbecalculatedbyLevenberg-Marquardtalgorithmbasedonconsideringabovecomputedparametersasinitialvalues.Experimenthasshownthattheapproachfitsforcalibrationofintrinsicparamet

7、ers,andthecalibrationresultsallsatisfytherequiredaccuracyof3Dpositionandorientationofcoop-erativetarget.Keywordsspacemanipulator;camera;calibrationofintrinsicparameters;2Dplanarpattern收稿日期：2013-04-22第6期谭启蒙等:空间机械臂视觉相机内参标定技术研究751引言[1-2]鉴于国际空间站的成功应用经验，空间机械臂是深入开展航