一種高精度相機主點標定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及攝像成像技術和機器視覺領域，具體涉及一種高精度相機主點標定方法。
【背景技術】
[0002]在使用攝像機進行測量中，需要對攝像機進行標定，來保證測量的精度。攝像機的內外參數有:主點坐標、焦距、縱橫比、平移向量和旋轉矩陣，其中相機主點坐標的標定精度是實現高精度雙目測距的重要內容。攝像機成像平面與攝像機光軸的交點即為圖像的主點。理論上主點一般位于圖像的中心處，但實際上由于相機使用和加工的原因，在相機安裝的過程中并不能保證透鏡的光軸就是中心，而且圖像采集數字化窗口的中心不一定與光學中心重合，這就使得主點坐標不準確，所以需要重新標定。
[0003]現有的攝像機標定方法分為兩類:攝像機自標定法和傳統攝像機標定法。攝像機自標定法不采用任何標定物作標定參照，需要不斷地變換攝像機的位置與姿態，控制它做嚴格的運動，攝像機同時拍攝多幅圖像來完成攝像機各參數的標定。攝像機自標定法不需要依賴于已知的標定參照物，但是對實驗條件要求較高。傳統攝像機標定法以一個形狀、尺寸均已知的高精度標定塊作為標定參照物，攝像機獲取標定物的圖像，提取標定物圖像的特征點坐標，建立起標定物上的特征點到圖像上相對應的投影點之間的攝像機成像模型，從而標定出所建立的攝像機成像模型中的各參數即傳統攝像機標定法。其中傳統攝像機標定法包括直接線性法、非線性優化法、Tsai的兩步法、zhang的平面法等。直接線性法忽略了鏡頭畸變對成像的影響，標定的精度很低；非線性優化法算法繁瑣，消耗時間較長；zhang的標定法要求拍攝平面標定板的不同姿態的圖像，通過對多幅二維圖像信息處理獲取攝像機參數，但是這種方法需要對標定板的位置和姿態不斷的調節，實驗相對來說比較繁瑣。
【發明內容】
[0004]針對上述缺陷或不足，本發明提供了一種操作簡單易行、實用性強的高精度相機主點標定方法。
[0005]為達到以上目的，本發明的技術方案為:
[0006]包括以下步驟:
[0007]I)、將激光器照射方向和與相機拍攝方向設置為同一方向，在激光器與相機的前段放置接收屏，然后，調整激光器所發射的激光束方向，使激光束方向與相機光軸平行，并且使得激光光斑顯示在接收屏上；
[0008]2)、打開激光器，沿著相機光軸前后移動接收屏，使接收屏在不同位置形成激光光斑圖像，相機拍攝激光器投射于接收屏上的激光光斑圖像，得到若干激光光斑圖像集合；
[0009]3)、對上步驟所獲得的不同位置處的激光光斑圖像提取其質心坐標，并且將得到的質心坐標進行直線擬合，調整激光器位置以得到兩條直線，對所述的兩條直線求交點，所求得的交點為主點坐標。
[0010]所述激光器前設置有衰減片。
[0011]所述步驟I)中調整激光器所發射的激光束方向，使激光束方向與相機光軸平行的具體步驟為:
[0012]1.1)激光器光束的前端設置有第一反射鏡，調節第一反射鏡與光束夾角為45° ；
[0013]1.2)在第一反射鏡反射后的光路上設置有第二反射鏡，調節第二反射鏡與光束夾角為45°，且第一反射鏡與第二反射鏡平行設置；
[0014]1.3)在第二反射鏡反射后的光路上設置有小孔光闌，調節小孔光闌使得激光光束通過小孔光闌后入射到平行于相機基準面的平面鏡上，并且使得激光光束能夠原路返回，則激光光束與平面鏡垂直，即與相機基準面垂直，確保了激光光束與相機的光軸平行。
[0015]所述步驟3)中采用一階矩方法提取像點集合的質心坐標。
[0016]所述步驟3)中采用最小二乘法將得到的質心坐標進行直線擬合。
[0017]所述激光器為波長為532nm的半導體激光器。
[0018]與現有技術比較，本發明的有益效果為:
[0019]本發明提供了一種高精度相機主點標定方法，通過調整激光器所發射的激光方向，使之激光方向與相機光軸平行，并且使得激光光斑顯示在接收屏上，移動接收屏，在不同位置采集激光光斑圖像，獲得不同位置激光光斑圖像，運用圖像處理的方法，求出不同位置處光斑中心坐標，并將獲取到的光斑中心坐標用直線擬合的方式得到光斑中心連線的直線方程。解這樣的兩條直線方程求出其交點，交點坐標即為相機主點坐標值。該方法標定精度高、操作簡單易行、實用性強，能夠滿足相機主點的快速標定需要。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的高精度相機主點標定裝置結構示意圖；
[0021]圖2是本發明的高精度相機主點標定方法中調節激光與光軸平行原理圖；
[0022]圖3是本發明的尚精度相機主點標定原理圖；
[0023]圖4是本發明的高精度相機主點標定中像面上的主點分布圖；
[0024]圖5是本發明的高精度相機主點標定方法流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明做詳細描述。
[0026]在使用攝像機進行測量中，需要對攝像機進行標定，來保證測量的精度，攝像機的內外參數有:主點坐標、焦距、縱橫比、平移向量和旋轉矩陣，其中相機主點坐標的標定精度是實現高精度雙目測距的重要內容。如圖1所示，本發明提供了一種簡單易行的高精度相機主點標定方法，包括以下步驟:
[0027]I)、將激光器I照射方向和與相機2拍攝方向設置為同一方向，在激光器I與相機2的前段放置接收屏3，然后，調整激光器I所發射的激光束方向，使之激光束方向與相機光軸平行，并且使得激光器I的成像光斑顯示在接收屏3上；
[0028]本發明中，采用的是波長為532nm的半導體激光器，由于實驗所采用的是CCD相機拍攝的圖像，對接收屏本身材質并無嚴格要求，因此實驗中采用一張白色光滑平整的平板接收光斑即可。為了使激光強度降低到CCD正常工作范圍內，激光器I前設置有衰減片4。
[0029]激光器I和相機2保持同一方向，在前面放置一塊接收屏3用來接收激光的光斑，激光器前應放置一衰減片，使激光強度降低到CCD正常工作范圍內。調整激光方向，使之與相機光軸平行，并使成像光斑顯示在接收屏上，由CCD相機拍攝光斑圖像傳入計算機中進行記錄，多次移動接收屏的位置，由CCD相機記錄下不同位置上的光斑圖像，使用MATLAB軟件進行處理。
[0030]本發明中為了方便相機采集圖像，設置有激光光斑圖像采集裝置，所述激光光斑圖像裝置包括平臺，所述平臺上設置有帶刻度的軌道，軌道上設置有用于固定激光器I與相機2的調節支架，以使得激光器I與相機2設置為同一方向，將激光