摘要
立体视觉标定是获得三维空间点与成像像素点之间对应关系的过程。如今，立体视觉测量系统正广泛应用于大视场环境下大型工件的测量（例如：直升机旋翼桨叶运动参数测量中，桨叶直径长达4.2m）。立体视觉标定作为立体视觉测量的核心步骤，其精度直接影响测量系统的性能。汇聚型双目立体视觉系统具有公共视场大、摄像机摆放灵活等特点，更容易满足大视场环境下高精度测量的需求。因此，大视场环境下的汇聚型双目立体视觉标定技术具有重要的理论研究意义和实际应用价值。针对大视场环境下汇聚型双目立体视觉标定存在透视形变和散焦模糊现象，导致圆心定位偏差，进而影响标定精度的问题，本文提出透视校正和加权优化等方法，并形成完备的解决方案。主要工作内容和研究成果如下： (1)构建了汇聚型双目立体视觉标定系统，该系统分为硬件系统和软件系统两部分。硬件系统包括由高帧率工业摄像机和镜头组成的视觉模块，以及由图像采集卡和PC机组成的数据处理模块；软件系统包括图像采集模块、单目标定模块、双目立体标定模块和标定精度测试模块，其中双目标定模块集成了不同的标定方法，为后续的对比实验研究与分析标定精度随摄像机结构参数的变化规律提供了基础保障。 (2)提出了基于偏差估计加权的汇聚型双目立体视觉标定方法。首先，利用标记点阵列计算透视变换矩阵，对存在透视形变的靶标图像进行校正，减小圆心定位偏差；然后，通过计算靶标的散焦模糊度和透视形变程度来估计标记点的定位偏差，并根据定位偏差设置标记点的权值，加入到目标函数中，引导参数的优化过程，降低标记点的定位偏差对标定参数最优解计算过程的影响；最后，在4.6m×2.3m的视场范围内进行真实标定实验，对本文方法进行验证。实验结果表明，本文方法精度高、稳定性好，能够满足大视场环境下的汇聚型双目立体视觉标定及测量精度要求。 (3)分析了摄像机结构参数对汇聚型双目立体视觉标定精度的影响。开展仿真实验，研究在视场大小不变的条件下，汇聚型双目立体视觉系统的基线长度和物距对标定精度的影响规律，得出了当基线长度与物距的比值在0.35-0.4范围内时，双目立体视觉系统标定精度最佳的结论。此外，进行真实标定实验对该结论予以验证，为合理设置汇聚型双目立体视觉系统结构提供指导和依据。
NETL