專利名稱：一種攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種攝影測量技術(shù)，具體的說，是涉及一種攝像機(jī)標(biāo)定裝置。
背景技術(shù)：
隨著航空航天、造船、汽車、天線制造等大型機(jī)械加工領(lǐng)域的發(fā)展，大尺寸工件的精密測量成為保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。通常這些測量對象的尺寸大，從幾米到幾十米、甚至幾百米，精度要求高(10 20ppm)，測量環(huán)境較為復(fù)雜，自動化程度要求較高，有些需要在加工的同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場、在線測量以保證部件的尺寸、形狀、位姿達(dá)到預(yù)定要求。視覺測量系統(tǒng)以其非接觸、高效、操作簡單且具有較高的精度等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用和快速發(fā)展，其中攝像機(jī)模型及其標(biāo)定是視覺測量的重要環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)性能、精度水平起著決定性作用。常規(guī)攝像機(jī)模型多數(shù)采用參數(shù)化模型，以物理成像過程為基礎(chǔ)，以參數(shù)化解析式為模型表達(dá)形式，通過光束平差優(yōu)化解算攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)，如攝像機(jī)主距、主點(diǎn)、RT矩陣。根據(jù)靶標(biāo)、模型和解算方式的不同，分為傳統(tǒng)標(biāo)定方法、自標(biāo)定方法、兩步法、主動視覺標(biāo)定方法等。但是，這些方法都存在著參數(shù)化模型固有的缺陷:模型各參數(shù)間的相關(guān)性導(dǎo)致優(yōu)化求解誤差；難以解析表達(dá)的成像誤差不能被模型準(zhǔn)確概括；用于參數(shù)標(biāo)定的靶標(biāo)需要覆蓋攝像機(jī)全視場，導(dǎo)致寬視場情況下成本過高等。這些情況限制了精度和適應(yīng)性的進(jìn)一步提聞，難以滿足工業(yè)現(xiàn)場的更聞需求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有攝像機(jī)參數(shù)化標(biāo)定技術(shù)在寬視場攝像機(jī)研究應(yīng)用中的技術(shù)問題，提供一種非參數(shù)化的攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置，利用該標(biāo)定裝置能夠建立空間標(biāo)準(zhǔn)角度-像面曲線數(shù)據(jù)的直接映射，可行性好，具有良好的精度可控性，可有效改善大視場攝像機(jī)標(biāo)定困難的現(xiàn)狀。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置，包括光學(xué)平臺、程控多齒分度臺、六維轉(zhuǎn)臺和一維靶標(biāo)；所述光學(xué)平臺上放置程控多齒分度臺，所述程控多齒分度臺上放置所述六維轉(zhuǎn)臺，所述六維轉(zhuǎn)臺用于放置待標(biāo)定的攝像機(jī)，待標(biāo)定攝像機(jī)的光學(xué)中心與所述程控多齒分度臺的轉(zhuǎn)軸重合，成像平面與所述一維靶標(biāo)平行；所述一維靶標(biāo)包括一側(cè)設(shè)置有固定凸臺、另一側(cè)設(shè)置有直線導(dǎo)軌的底板，所述固定凸臺和所述直線導(dǎo)軌之間沿所述底板長度方向排列有多個(gè)調(diào)整單元，每個(gè)調(diào)整單元包括中間設(shè)置有靶標(biāo)特征點(diǎn)的裝卡塊，所述裝卡塊一端通過套有壓縮彈簧的調(diào)整螺釘連接于所述固定凸臺，另一端能夠通過定位螺釘與所述底板固定。所述靶標(biāo)特征點(diǎn)選用紅外LED。所述直線導(dǎo)軌上安裝有滑塊。本實(shí)用新型的有益效果是:[0012]本實(shí)用新型的攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置可實(shí)現(xiàn)寬視場攝像機(jī)的標(biāo)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大尺寸工件的高精度視覺測量，避免了復(fù)雜參數(shù)解析模型的建立，對不同型號的攝像機(jī)和鏡頭具有廣泛的適用性，且一維靶標(biāo)的制作成本較低，精度可控，可以滿足航空航天、造船、汽車、天線制造等大型機(jī)械加工測量要求。本實(shí)用新型原理直觀、實(shí)現(xiàn)方便、可行性好、精度可控、成本低，可有效改善大視場攝像機(jī)標(biāo)定困難的現(xiàn)狀，對大尺寸工件的視覺測量發(fā)展具有重要意義。

圖1是本實(shí)用新型的攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是一維靶標(biāo)中底板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是一維靶標(biāo)的平面結(jié)構(gòu)圖。圖中:1_光學(xué)平臺；2_程控多齒分度臺；3_六維轉(zhuǎn)臺；4_攝像機(jī)；5-—維靶標(biāo)；51-底板；511-固定凸臺；512_定位孔；513_圓形通孔；514_直線導(dǎo)軌；515_滑塊；6-支架；
7-光軸；8_千分表；9_準(zhǔn)直激光器。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了 解本實(shí)用新型的內(nèi)容、特點(diǎn)及效果，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:如圖1所示，本實(shí)施例的攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置由光學(xué)平臺1、程控多齒分度臺2、六維轉(zhuǎn)臺3和一維靶標(biāo)5構(gòu)成，一維靶標(biāo)5通常固定于支架6上。光學(xué)平臺I上放置程控多齒分度臺2，程控多齒分度臺2上放置六維轉(zhuǎn)臺3，六維轉(zhuǎn)臺3用于放置待標(biāo)定的攝像機(jī)4。攝像機(jī)4的光學(xué)中心需與程控多齒分度臺2的轉(zhuǎn)軸重合。攝像機(jī)4的成像平面需與一維祀標(biāo)5平行。如圖2所示，一維靶標(biāo)5主要包括長條形的底板51，底板51包括調(diào)整側(cè)和定位側(cè)兩個(gè)功能區(qū)域，調(diào)整側(cè)邊緣位置設(shè)置有固定凸臺511 (即底板截面為L形)，固定凸臺511上設(shè)置有若干個(gè)呈直線排列的圓形通孔513 ;底板51的定位側(cè)在底板51表面上設(shè)置有長條形的定位孔512。底板51的定位側(cè)邊緣位置還設(shè)置有一條固定的直線導(dǎo)軌514，直線導(dǎo)軌514上可以安裝有滑塊515。直線導(dǎo)軌514必須滿足較高的直線度，該直線度的數(shù)值根據(jù)標(biāo)定需求確定。如圖3所示，底板51上沿長度方向直線排列有多個(gè)調(diào)整單元，每個(gè)調(diào)整單元包括靶標(biāo)特征點(diǎn)55、裝卡塊54、壓縮彈簧53、調(diào)整螺釘52、定位螺釘56。靶標(biāo)特征點(diǎn)55應(yīng)滿足發(fā)光穩(wěn)定、發(fā)光點(diǎn)小的要求，通?？梢赃x用各波段的LD、LED等。其中，紅外LED以其具有的穩(wěn)定的光學(xué)特性及成像質(zhì)量成為最佳選擇；同時(shí)，具有體積小、發(fā)光點(diǎn)小、功耗低、響應(yīng)快，易于安裝的優(yōu)點(diǎn)，在不同成像距離及成像角度都有穩(wěn)定的圖像質(zhì)量。靶標(biāo)特征點(diǎn)55鑲嵌于裝卡塊54的中間位置。裝卡塊54對應(yīng)于底板51上調(diào)整側(cè)的一端為調(diào)整端，對應(yīng)于底板51上定位側(cè)的一端為定位端。裝卡塊54的調(diào)整端端面上設(shè)置有螺紋孔，該螺紋孔對應(yīng)于底板51的固定凸臺511上的一個(gè)圓形通孔。螺紋孔中安裝有穿過所對應(yīng)的圓形通孔的調(diào)整螺釘52，調(diào)整螺釘52外部套裝有壓縮彈簧53，壓縮彈簧53的一端抵頂于調(diào)整螺釘52，另一端抵頂于裝卡塊54。通過旋進(jìn)或者松開調(diào)整螺釘52，配合壓縮彈簧53向外的推力，能夠使裝卡塊54在底板51的調(diào)整方向上進(jìn)行移動。裝卡塊54的定位端設(shè)置有U形豁口，該U形豁口對應(yīng)于底板51上的長條形定位孔512，U形豁口和定位孔512中安裝有定位螺釘56 ;定位螺釘56能夠?qū)⒀b卡塊54在底板51上的位置固定。利用本實(shí)施例攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法如下:將一維靶標(biāo)5上所有靶標(biāo)特征點(diǎn)55的中心調(diào)整到同一直線上之后，將一維靶標(biāo)5以豎直方向放置于攝像機(jī)成像視場內(nèi)并固定。具體是先將一維靶標(biāo)5放置于影像測量儀上，并放松一維靶標(biāo)5上每個(gè)調(diào)整單元的定位螺釘56。調(diào)節(jié)每個(gè)調(diào)整單元的調(diào)整螺釘52，通過影像測量儀測量，使得每個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)55的中心與直線導(dǎo)軌514之間的距離均相等后，擰緊每個(gè)每個(gè)調(diào)整單元的定位螺釘56，最終所有調(diào)整單元的靶標(biāo)特征點(diǎn)55中心精確排列在與直線導(dǎo)軌51 4平行的直線上。當(dāng)直線導(dǎo)軌514上設(shè)置有滑塊515時(shí)，滑塊515上設(shè)定一個(gè)參考點(diǎn)，移動滑塊515到其參考點(diǎn)依次與單個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)55同時(shí)出現(xiàn)在影像測量儀的視場內(nèi)；調(diào)節(jié)每個(gè)調(diào)整單元的調(diào)整螺釘52，通過影像測量儀測量，使得每個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)55的中心與滑塊515上參考點(diǎn)之間的距離均相等，并擰緊每個(gè)每個(gè)調(diào)整單元的定位螺釘56，最終所有調(diào)整單元的靶標(biāo)特征點(diǎn)55精確排列在與直線導(dǎo)軌514平行的直線上。靜置一天后再次使用影像測量儀測量所有調(diào)整單元的靶標(biāo)特征點(diǎn)55排列的直線度，若該直線度不符合精確度要求，通過影像測量儀重新調(diào)整偏差大于直線度要求的靶標(biāo)特征點(diǎn)55 ;若該直線度符合精確度要求，執(zhí)行步驟15 ;將一維靶標(biāo)5以豎直方向放置于攝像機(jī)成像視場內(nèi)并固定在支架6上。在光學(xué)平臺I上由下到上依次放置程控多齒分度臺2、六維轉(zhuǎn)臺3、待標(biāo)定的攝像機(jī)4，使用目測方式粗略調(diào)整攝像機(jī)4的光學(xué)中心在程控多齒分度臺2的轉(zhuǎn)軸上，并使用目測方式粗略調(diào)整攝像機(jī)4的成像平面與一維靶標(biāo)5平行，當(dāng)通過目測方式可觀察到攝像機(jī)4的光學(xué)中心通過六維轉(zhuǎn)臺3的調(diào)整，能夠以程控多齒分度臺2的轉(zhuǎn)軸為中心在水平面任意方向明顯偏移時(shí)，用熱熔膠將六維轉(zhuǎn)臺3和程控多齒分度臺2黏接固定。精密調(diào)整攝像機(jī)4光學(xué)中心與程控多齒分度臺2的轉(zhuǎn)軸重合。具體包括以下步驟:將攝像機(jī)4從六維轉(zhuǎn)臺3上取下，將高精度的光軸7黏接在六維轉(zhuǎn)臺3上，使用目測方式使光軸7位于程控多齒分度臺2中心位置。此處高精度是指光軸7的圓柱度為0.0lmm以下，直徑為毫米級。將千分表8的測頭與光軸7表面接觸；使用程控多齒分度臺2帶動光軸7旋轉(zhuǎn)，同時(shí)觀察千分表8的讀數(shù)，根據(jù)千分表8的讀數(shù)調(diào)整光軸7位置，直至光軸7位置調(diào)整到其在程控多齒分度臺2的任意角度處千分表8的讀數(shù)穩(wěn)定，即可視為光軸7軸心與程控多齒分度臺2的轉(zhuǎn)軸重合。利用三個(gè)準(zhǔn)直激光器9確定程控多齒分度臺2的轉(zhuǎn)軸位置，具體是使用三個(gè)準(zhǔn)直激光器9發(fā)出的三束準(zhǔn)直激光束交匯于光軸7同一位置，交匯點(diǎn)即為程控多齒分度臺2的轉(zhuǎn)軸位置。移除光軸7，放置攝像機(jī)4于六維轉(zhuǎn)臺3上，通過手動移動和六維轉(zhuǎn)臺3調(diào)整攝像機(jī)4位置，直至每個(gè)準(zhǔn)直激光器9發(fā)出的準(zhǔn)直激光束在攝像機(jī)4像面上的成像都是均勻?qū)ΨQ的，即完成攝像機(jī)4光學(xué)中心與程控多齒分度臺2轉(zhuǎn)軸重合的精密定位，使用熱熔膠將攝像機(jī)4與六維轉(zhuǎn)臺3黏接固定。[0032]精密調(diào)整攝像機(jī)4的成像平面與一維靶標(biāo)5平行，即在攝像機(jī)4視場內(nèi)大范圍多位置成像，并通過六維轉(zhuǎn)臺3修正，直至一維靶標(biāo)5成像沿豎直方向傾斜角滿足標(biāo)定所需的精度水平要求。具體包括以下步驟:調(diào)整六維轉(zhuǎn)臺3使一維靶標(biāo)5在攝像機(jī)4像面中部(此處成像畸變最小)沿豎直方向成像。使用程控多齒分度臺2帶動攝像機(jī)4由當(dāng)前視場角度旋轉(zhuǎn)到另一視場角度處，若一維靶標(biāo)5成像沿豎直方向傾斜角不滿足標(biāo)定所需的精度水平要求，根據(jù)視場角度與成像距離計(jì)算一維靶標(biāo)5的空間傾斜角度，通過調(diào)整六維轉(zhuǎn)臺3修正該傾斜角；若一維靶標(biāo)5成像沿豎直方向傾斜角滿足標(biāo)定所需的精度水平要求，繼續(xù)下面的步驟。使用程控多齒分度臺2調(diào)整一維靶標(biāo)5在攝像機(jī)4像面的一側(cè)邊緣，以角秒量級的步進(jìn)角度掃描整個(gè)攝像機(jī)4視場，并在每個(gè)分度角度位置處對一維靶標(biāo)5的所有靶標(biāo)特征點(diǎn)55位置進(jìn)行亞像素量級的精密提取。提取的每個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)55位置坐標(biāo)為第一像面坐標(biāo)，將每個(gè)分度角度值與對應(yīng)革巴標(biāo)特征點(diǎn)55位置的第一像面坐標(biāo)一同存儲,建立第一標(biāo)定映射關(guān)系。分離攝像機(jī)4、六維轉(zhuǎn)臺3和程控多齒分度臺2，以攝像機(jī)4的光軸為軸心以90°翻轉(zhuǎn)攝像機(jī)4。重復(fù)前序步驟，再次在每個(gè)分度角度位置處對一維靶標(biāo)5的所有靶標(biāo)特征點(diǎn)55位置進(jìn)行亞像素量級的精密提取，提取的每個(gè)靶標(biāo)特征點(diǎn)55位置坐標(biāo)為第二像面坐標(biāo)，將每個(gè)分度角度值與對應(yīng)靶標(biāo)特征點(diǎn)55位置的第二像面坐標(biāo)一同存儲，建立第二標(biāo)定映射關(guān)系。根據(jù)第一標(biāo)定映射關(guān)系和第二標(biāo)定映射關(guān)系得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)映射表，即可完成對攝像機(jī)4的標(biāo)定。該方法克服了現(xiàn)有攝像機(jī)參數(shù)化模型及其標(biāo)定技術(shù)在寬視場攝像機(jī)研究應(yīng)用中的不足，通過建立空間光線角度值與光線像面坐標(biāo)的直接映射，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)映射表實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的標(biāo)定，突破了參數(shù)解析模型對標(biāo)定效果的限制；對任意空間光線在單攝像機(jī)上的二維角度測量，可 通過像面坐標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)映射表數(shù)據(jù)間插值解算實(shí)現(xiàn)。盡管上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置，其特征在于，包括光學(xué)平臺、程控多齒分度臺、六維轉(zhuǎn)臺和一維祀標(biāo)； 所述光學(xué)平臺上放置程控多齒分度臺，所述程控多齒分度臺上放置所述六維轉(zhuǎn)臺，所述六維轉(zhuǎn)臺用于放置待標(biāo)定的攝像機(jī)，待標(biāo)定攝像機(jī)的光學(xué)中心與所述程控多齒分度臺的轉(zhuǎn)軸重合，成像平面與所述一維靶標(biāo)平行； 所述一維靶標(biāo)包括一側(cè)設(shè)置有固定凸臺、另一側(cè)設(shè)置有直線導(dǎo)軌的底板，所述固定凸臺和所述直線導(dǎo)軌之間沿所述底板長度方向排列有多個(gè)調(diào)整單元，每個(gè)調(diào)整單元包括中間設(shè)置有靶標(biāo)特征點(diǎn)的裝卡塊，所述裝卡塊一端通過套有壓縮彈簧的調(diào)整螺釘連接于所述固定凸臺，另一端能夠通過定位螺釘與所述底板固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置，其特征在于，所述靶標(biāo)特征點(diǎn)選用紅外 LED。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置，其特征在于，所述直線導(dǎo)軌上安裝有滑塊。`
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種攝像機(jī)模型標(biāo)定裝置，包括光學(xué)平臺、程控多齒分度臺、六維轉(zhuǎn)臺和一維靶標(biāo)；光學(xué)平臺上放置程控多齒分度臺，程控多齒分度臺上放置所述六維轉(zhuǎn)臺，六維轉(zhuǎn)臺用于放置待標(biāo)定的攝像機(jī)；一維靶標(biāo)包括一側(cè)設(shè)置有固定凸臺、另一側(cè)設(shè)置有直線導(dǎo)軌的底板，固定凸臺和直線導(dǎo)軌之間沿底板長度方向排列有多個(gè)調(diào)整單元，每個(gè)調(diào)整單元包括中間設(shè)置有靶標(biāo)特征點(diǎn)的裝卡塊，裝卡塊一端通過套有壓縮彈簧的調(diào)整螺釘連接于固定凸臺，另一端能夠通過定位螺釘與底板固定。本實(shí)用新型原理直觀、實(shí)現(xiàn)方便、可行性好、精度可控、成本低，可有效改善大視場攝像機(jī)標(biāo)定困難的現(xiàn)狀，對大尺寸工件的視覺測量發(fā)展具有重要意義。
文檔編號G01C25/00GK203100746SQ201320028408
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者邾繼貴, 鄒劍, 李華晉 申請人:天津大學(xué)