基于分块的二维视觉测量系统标定-论文.pdf

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1、{-E业控制计算机)2014年第27卷第8期5基于分块的二维视觉测量系统标定2DVisionMeasuringSystemCalibrationMethodBasedonPartition郭磊李桂琴章林鑫(上海大学上海市机械自动化与机器人重点实验室，上海200072)摘要为了满足高速动态拉伸试验机的的应变测量系统对于高精度的要求。研究了一种基于计算机视觉测量系统的标定技术。应用二次多项式曲面拟合技术，采用了一种基于分块的摄像机模型参数标定方法，不仅能够对摄像机的镜头的畸变进行校正，并且能够获得较高的测量精度。通过对试件的拉伸试验表明：

2、采用基于分块的摄像机模型参数标定方法能取得较高的图像测量精度。关键词：摄像机标定，分块标定，测量系统AbstractThecalibrationtechniqueforthecomputervisionbasedmeasurementsystemisstudiedinordertosatisfytherequirementsofhigh-precisionmeasurementinthestrainmeasuringsystemof‘high-speedtensiletestingmachine．ADart_tiOn—basedcam

3、eramodelparameterscalibrationmethodforplanarvisualmetrologyisproposedbytheuseofquadraticpolynomialfit—tingtechnique．Thismethodcanefectivelycorrectionthelensofthecamera，itcanachievehighmeasurementprecision．Keywords：cameracalibration，partition—basedcalibration，measuringsy

4、stem视频引伸计是一种基于数字图像处理的非接触式的应变测固定的，可定义z0为物距。由几何光学原理可知，来自物面上的量设备，它被广泛用于各种材料的变形实验。利用摄像机对应变任一点B(X，Y，Z0+a)的光线一定通过透视中心O，而在像平面进行测量时，摄像机标定是应变测量得以实现的前提和基础，其上形成像点Bl(xu，y)，故O、B、BI在一条直线上。精度和可靠程度直接影响应变测量结果的精确程度，决定着应由成像模型可得，物平面点B到像平面点Bl的透视变换关变测量的成败。根据不同的应用和工程需求，人们提出了许多摄系为：像机标定方法，根据算法的

5、不同可以分为：①线性标定法，该方j＼xu=丁ax法使用起来比较简单，由于没有考虑镜头的畸变误差，因而精度比较差_1l。②考虑畸变参数的非线性优化法，该方法可以用于高IL=争厶0精度的标定，然而由于算法比较复杂，所以标定速度比较慢，而式(1)就是二维系统摄像机的理想透视模型，即在不考虑畸且对噪声和初值的选择也比较敏感。③两步标定法[2-33，它是介变的情况下的透视模型，实际上k，=就是光学成像系统的放于线性法和非线性法之间的一种方法。它考虑了标定时畸变的D影响，并且算法要比非线性法简单，因此得到了广泛的应用。该大倍数。方法仍未能很好地解

6、决非线性优化的问题，且算法仍较复杂。1．2摄像机镜头畸变模型针对上述问题，本文应用多项式变换技术开发了一种基于实际摄像机镜头是非理想光学系统，其二维图像存在着分块的摄像机标定方法。为了对实际成像系统的非线性畸变进不同程度的非线性变形，通常把这种非线性变形称为几何畸变。行校正，将标定板划分成多个相同的子空间，在每个子空间上分除了几何畸变之外，还有摄像机成像过程不稳定，以及图像分辨别进行标定。从而很好地满足了高速动态拉伸试验机应变测量率低引起的量化误差等其他因素的影响，因此物体点在摄像机系统对于高精度测量的要求。像面上实际所成的像与空间点

7、之间存在着复杂的非线性关系。1二维视觉测量系统成像模型摄像机的镜头畸变畸变的数学模型_6可用下式表述：1．1理想变换模型fx=x+Ax(k，+kj)+[p7(+2△)+2p~Axay]⋯二维视觉测量系统的摄像机的透视变换可用理想小孔成像1＼．．。。LJy=y+Ay(k1+k2+pI(+2△)+2p2axAy]模型来近似[4]，如图1所示。图中O点为摄像机透视点(即光学中心)，a为透视点到像平面的距离，即像距。过O点做轴垂直于式中：X，y为无畸变时场景特征点的透视投影坐标IX，y为存像平面且交像平面于O一点，以O．点为坐标原点建立像平面

8、坐在镜头畸变时特征点的像点坐标；k1和k2为径向畸变系数；P1标系XO-，同时建立0．XYZ为物平面坐标系。因为光学成像系统和P2为切向畸变系数；aX、ay和r为像点到畸变中心的水平的景深很小，所以在建立数学模型时，物面