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专利号: 2017102442081
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种聚光镜面质量检测中相机与目标靶的位置标定方法,其特征在于:所述位置标定方法包括以下步骤:

1)安装设备,所述设备包括相机和目标靶,目标靶上的图片为棋盘格,单个格子为边长为L的正方形;设备安装于被测量聚光曲面镜的前方,调整相机的焦距和方向,使得图片中镜面和镜面反射的目标靶清晰;

2)校准相机内部参数,将棋盘格放置于相机前方,调整棋盘格的位置,使得棋盘格占尽可能多的图片区域,拍摄9张以上的不同姿态棋盘格图片,在得到以上图片后,利用MATLAB的相机校准工具实现相机的内部参数的计算;

3)将一棋盘格贴于平面镜上,放置于设备前方;此棋盘格不同于目标靶上的棋盘格,它的尺寸需要与平面镜匹配;平面镜放置于被测量曲面镜附近,调整它的姿态,使得相机不但能拍摄镜面上的棋盘格,而且能够拍摄到经其反射的目标靶上的棋盘格;

4)拍摄镜面反射目标靶上棋盘格的图片;

5)计算相机与镜面的位置关系,利用步骤2)中计算的相机内部参数,采用MATLAB校准工具,利用单幅镜面上棋盘格图片,计算出相机与棋盘格间的位置关系;计算结果包括镜面坐标向相机坐标转化的旋转矩阵RM2C,平移向量TM2C;

Pxc=RX2C·Pxx+TX2C  (1)

其中,Pxc为像中的一点在相机坐标系下的位置;Pxx为像中一点在像坐标系下的位置;

RX2C为像坐标系向相机坐标系转化的旋转矩阵;TX2C为像坐标系向相机坐标系转化的平移矩阵;

6)计算相机与镜中目标靶成像的位置关系,计算出目标靶在镜面中像坐标系向相机坐标系转化的旋转矩阵RX2C,平移矩阵TX2C;

Pmc=RM2C·Pmm+TM2C  (2)

其中,Pmc为镜面上一点在相机坐标系中的位置;Pmm为镜面上的一点在镜面坐标系中的位置;RM2C为镜面坐标系向相机坐标系转化的旋转矩阵;TM2C为镜面坐标系向相机坐标系转化的平移矩阵;

7)计算相机与目标靶的位置关系,利用步骤5)和)6中计算得到的像、镜面与相机坐标系的转化关系,计算出目标靶坐标系与相机坐标系的转化关系。

2.如权利要求1所述的一种聚光镜面质量检测中相机与目标靶的位置标定方法,其特征在于:所述步骤7中,目标靶坐标系与相机坐标系的转化关系的计算过程如下:设像中一点在像坐标系重的位置为Pxx,则根据公式(1)可以计算出它在相机坐标系下的位置Pxc,设它对应的实际目标靶点在棋盘格坐标系中的位置为Pgg,由镜面反射原理则:该目标靶上的点在相机坐标系中的位置为Pgc,根据household translation,则:Pgc=-2(nT·p+d)n+Pxc  (4)

其中,Pgc为目标靶棋盘格中某点在相机坐标系中的位置,Pxc为经镜面反射的像在相机坐标系中的位置,n为镜面法向量,p为相机坐标原点到像点Pxc的向量,d为相机到镜面的距离;镜面的法向量可按照下面的方法进行计算:其中,n为镜面法向量,RM2C为镜面坐标系向相机坐标系转化的旋转矩阵。

根据以上过程,计算出至少4组棋盘格坐标中的点Pgg(Xgg,Ygg)T和对应的相机坐标中的位置Pgc(Xgc,Ygc,Zgc)T。

棋盘格坐标与相机坐标的转化公式表示为:

Pgc=RG2C·Pgg+TG2C  (6)

TG2C=[b1 b2 b3]T  (8)

则根据公式(9)、(10)和(11),根据最小二乘法,得到3组最小二乘不等式:利用以上得到Pgg和Pgc,利用最小二乘法,分别计算出(9)、(10)和(11)中的未知数,最终得到目标靶向相机坐标系转化的旋转矩阵RG2C,平移矩阵TG2C。

3.如权利要求1或2所述的一种聚光镜面质量检测中相机与目标靶的位置标定方法,其特征在于:所述步骤2)中,利用MATLAB的相机校准工具实现相机的内部参数的计算,处理过程包括:图片读取,角点提取,内参计算,计算出的相机内部参数包括:焦距,图片中心位置和镜头畸变参数;

所述步骤5)中,采用MATLAB校准工具,利用单幅镜面上棋盘格图片计算出相机与棋盘格间的位置关系的过程包括:图片的读取,内部参数的加载,镜面上棋盘格角点的提取和外部参数的计算。