高精度测量的相机标定

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1、万方数据第18卷第2期2011年2月电光与控制ElectronicsOptics＆ControlV01．18No．2Feb．201l高精度测量的相机标定高俊钗。雷志勇，王泽民(西安工业大学电子信息工程学院，西安710032)摘要：在高精度尺寸测量系统中，采用传统短焦距定焦光学方法时径向畸变较大，影响测量精度。为提高测量的精度，根据摄像机针孔成像的线性模型和镜头的非线性模型，建立摄像机定焦镜头的对焦数学模型，提出了采用交比不变的标定方法。研究了物体远近的小范围变化对测量结果准确度的影响，修正了标定的像素当量；分析了镜头的几何投影变换关系，标定了镜头的畸变系数，

2、达到高精度测量目的。实验数据表明。提出的标定算法与结果一致。关键词：相机标定；调焦模型；高精度；交比不变性一中图分类号：V271．4；TP216文献标志码：A文章编号：1671—637X(2011)02—0093—04CameraCalibrationforHigh-PrecisionMeasurementGAOJunchai，LEIZhiyong，WANGZemin(SchoolofElectronicInformationEngineering，Xi’锄TechnologicalUniversity，Xi’粕710032，China)Abstract：I

3、nhigh—precision．sizemeasurementsystem，thetraditionalmethodusingshort—focusfixedfocallengthlenshaslargeradialdistortionthatmayaffectthemeasurementaccuracy．Inordertoimprovetheac-curacyofthemeasurementsystem，afocusingmodeloffixed—focuslensofcameraWasestablishedandCroSS-ratioinvariantc

4、alibrationmethodWasproposedaccordingtothelinearimagingmodelofpinholecameraandthenon—linearmodeloflens．Theimpactofsmallobjectivedistancechangesonmeasurementaccuracywasstudied，andthecalibratedpixelequivalentcoefficientWasrevised．ThegeometricprojecfivetransformationoflensWaSanalyzed，a

5、ndthedistortioncoefficientsoflenswerecalibratedforrealizinghish—precisionmess·urement．Theexperimentshowedthattheproposedalgorithmisconsistentwiththeresult，Keywords：cameracalibration；focusingmodel；highprecision；CroSS—ratioinvarianceO引言‘基于机器视觉的测量是一种非接触测量技术。可实现测量的自动化。高精度测量的关键是摄像机测量系统的

6、标定，在零件尺寸测量中。一般选用的是短焦距定焦光学镜头，而短焦距光学镜头的非线性径向畸变是影响测量精度的主要因素，所以需要标定镜头的非线性径向畸变。另外，基于机器视觉的图像处理结果是像素个数，为了换算出零件的实际尺寸，需要标定摄像机的像素当量，即像素与实际尺寸之间的关系，测量结果是像素当量倍数，像素当量的准确度极大地制约了测鼍结果的准确度，需要对像素当量进行准确标定。畸变参数对于一般定焦摄像机来说往往是一个常收稿日期：2010一03—23基金项目：陕西省教育厅产业化项目基金(03JC29)作者简介：尚俊钗(1971一)。女．河北石家庄人，讲师．博士生．研究方

7、向为计算机视觉与模式识别。数，由镜头的生产和装配工艺决定，受内外参数改变的影响可以忽略，从理论上讲只标定一次即可。现有的具有代表性的摄像机标定方法包括Tsai等采用的是基于畸变混合模型的摄像机三维靶标标定方法⋯。在混合模型中，镜头畸变参数纳入到摄像机模型中进行标定，畸变参数与线性针孔模型的参数相互依赖。如果系统有所调整，摄像机的内部参数需重新标定，畸变参数也需要重新标定。在零件视觉测量中，由于测量工件与标定物不在同一个成像平面内，为使成像更清晰，标定与测量时需分别在线微调对焦。测量时系统发生调整，摄像机的参数需要再次标定，造成畸变参数也要一起进行标定，镜头的

8、畸变系数标定结果就难以保持一致性，而且标定繁琐、复杂