回转体形貌测量中的相机自标定

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1、第１９卷第８期光学精密工程Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．８２０１１年８月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇ．２０１１文章编号１００４９２４Ｘ（２０１１）０８１９５７０７回转体形貌测量中的相机自标定李雅倩，林洪彬（燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛０６６００４）摘要：为实现回转体形貌测量系统的相机自标定，研究了回转体对象的透视投影特性，提出了一种基于被测回转体对象自约束特征的摄像机内、外参数自动标定方法。首先，利用被测场景中回转体截面特征易于提取的特性，从测得图像提取场景中的截面椭圆，利用正交于回转轴的截面椭圆求取圆环点的像，

2、并结合极线约束建立绝对二次曲线像的全约束方程；然后，通过对求取的绝对二次曲线矩阵进行Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解获得相机的内参数。其次，在求得的内参数矩阵的基础上，通过回转轴和截面图像的成像特点建立测量系统外参数方程，求解测量系统外部参数。实验结果表明，利用本文方法进行相机内参数标定的精度优于０．９５％，外参数标定精度优于５．６％。该方法只需利用被测对象自身几何约束，不需任何标定板和标定块，标定过程简单有效，能够满足工程实际需要。关键词：形貌测量；回转体；标定；圆环点；极线约束中图分类号：ＴＰ３９１．４；ＴＰ２１２．１２文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８

3、／ＯＰＥ．２０１１１９０８．１９５７犆犪犿犲狉犪犮犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀犻狀犿狅狉狆犺狅犾狅犵狔犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狅犳犪狓犻狊狔犿犿犲狋狉犻犮犫狅犱狔ＬＩＹａｑｉａｎ，ＬＩＮＨｏｎｇｂｉｎ（犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犈犾犲犮狋狉犻犮犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犢犪狀狊犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犙犻狀犺狌犪狀犵犱犪狅０６６００４，犆犺犻狀犪）犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉，犈犿犪犻犾：犺狅狀狆犺犻狀＠狔狊狌．犲犱狌．犮狀犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｍｅｒａｕｓｅｄｉ

4、ｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｎａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｂｏｄｙ，ｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｂｏｄｙｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄａａｕｔｏｍａｔｉｃｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｎｄｅｘｔｒｉｎｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｉｎｇｃａｍｅｒａｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｓｅｌｆｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｅａｓｕｒｅｄａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ

5、ｂｏｄｙ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｂｙｕｔｉｌｉｚｉｎｇｔｈｅｅｘｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｅｃｔｉｏｎｆｅｔｕｒｅｓｅａｓｉｌｙ，ｔｈｅｅｌｌｉｐｓｅｓｉｎｔｈｅｉｍａｇｅｓｏｆａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｂｏｄｙｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｌａｒｐｏｉｎｔｓ．Ｔｈｅｎ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｅｐｉｐｏｌａｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ，ｔｈｅｆｕｌｌｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｉｍａｇｅｆｏｒａｎａｂｓｏｌｕｔｅｃｏｎｉｃｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｃｏｍ

6、ｐｕｔｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｃａｍｅｒａｉｎｔｒｉｎｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｙＣｈｏｌｅｓｋｙ’ｓｆａｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｍａｔｒｉｘｏｆｔｈｅｃａｍｅｒａ，ｔｈｅｅｘｔｒｉｎｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｙａｘｉｓａｎｄｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｅｘｔｒｉｎｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔ

7、ｉｖｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ０．９５％ａｎｄｔｈａｔｏｆｔｈｅｅｘｔｒｉｎｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓ５．６％．Ｂｙｕｔｉｌｉｚｉｎｇｏｎｌｙｔｈｅａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｏｂｊｅｃｔｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐｌａｔｅｏｒｂｌｏｃｋ，ｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｓｓｉｍｐｌｅ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ａｎｄｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅａｌｎｅｅｄｓ．收稿日期：２０１１０１１９；修订日期：２０１１

8、０３２８．基金项目：国家科技重大专项资助项目（Ｎｏ．２０１０ＺＸ０４０１７０１３）；河北省科学技术研究与发展计划资肋