A cross-target-based accurate calibration method of binocular stereo

This paper presents an accurate calibration method of binocular 3D measurement systems
for industrial on-site inspection, which uses a cross target with ring coded points. The cross
target can be used to calibrate large-scale field-of-view stereo measurement systems and
obtain higher measurement precision conveniently. The world coordinates of these ring
coded points are not required. All we need is the distance of two ring coded points as a
scale. A new calibration model with 10 distortion parameters for each camera is proposed.
The calibration initial values are computed using the relative orientation method and the
Direct Linear Transform (DLT) method of photogrammetry. The bundle adjustment algorithm
is used to optimize the calibration parameters as well as the 3D coordinates of the
ring coded points. Experiment results show that the RMS error of the reprojection in our
method is less than 0.05 pixels and the measurement error is 0.011 mm compared with
the Coordinate Measuring Machine (CMM).


XJTUCAL多相机多幅面的相机柔性自标定系统
各种规格标定板和标定十字架




 多相机多幅面的相机柔性自标定技术
标定板(多相机多幅面的相机柔性自标定技术)


相机标定是三维摄影测量的基础,决定测量系统的总体精度。相机标定确定内外参数,用于校正相机和镜头畸变,确定多个相机之间的相对位置。传统的相机标定需要制作精确的标定块或平面棋盘格,需要知道精确的三维坐标。传统标定方法的缺点: 精确的标定块只适合小幅面标定、不易制作大的标定块;精度有待提高,标定较繁琐不适于生产现场使用。

技术原理(多相机多幅面的相机柔性自标定技术)

1) 自标定是指将内、外参数放在一起同时进行整体平差计算,也就是带有附加参数的整体平差。既调整摄像机内参数、外参数,同时也调整标定平面模板特征点的物方坐标。
2) 该算法考虑了标定物的物方坐标误差,同时镜头畸变模型中对径向畸变、切向畸变和薄棱镜畸变进行了全面考虑。
3) 只需一对物方点之间的距离,就可以利用捆绑调整的方法,同时计算出相机内、外参数和物方点的坐标,实现相机的标定。

该技术特点和创新
1) 采用十参数相机模型全面补偿各种畸变,以补偿镜头带来的成像畸变,包括径向畸变、偏心畸变、像平面畸变、焦距和主点误差等。
2) 无需标定板物方坐标,可以对不同视场单个或多个相机进行标定,标定视场从几十毫米~几米。标定过程自动化,适用于工业现场标定。
3) 标定参数初始值由摄影测量中相对定向和直接线性变换方法得到,然后使用捆绑调整算法整体优化物方坐标和相机内外参数。
4) 实验结果表明,提高了8倍以上的标定精度。



标定板主要用于小视场的标定。


































标定板规格


标定测量幅面(长×宽)


CP 400×300型号


400×300 mm ~500×375mm


CP 256×192型号


256×192 mm ~400×300mm


CP 192×144型号


192×144 mm ~256×192mm


CP 128×96型号


128×96 mm ~192×144mm


CP 64×48型号


64×48 mm ~128×96mm


CP 32×24型号


32×24 mm ~64×48mm


CP 16×12型号


16×12mm~32×24mm


CP 8×6型号


8×6mm~16×12mm


可定制其他规格


……


可定制其他规格


……




 
标定板




十字架标定板(多相机多幅面的相机柔性自标定技术)

标定十字架主要用于大视场的标定,可以拆装,方便携带。































标定十字架规格


标定测量幅面(长×宽)


CC5000型号


5000×5000mm6000×6000mm


CC4000型号


4000×4000mm5000×5000mm


CC3000型号


2000×2000mm4000×4000 mm


CC2000型号


2000×2000 mm3000×3000 mm


CC1500型号


1500×1125 mm2000×1750mm


CC1000型号


1000×750 mm1500×1125mm


CC500型号


500×375 mm1000×750mm


可定制其他规格


……


可定制其他规格


……





  



标定十字架


 


 西安交通大学多自主研制的“相机多幅面的相机柔性自标定技术”,该技术解决了传统标定方法需要高精度标定块,实现了快速、方便、高精度相机标定,是三维摄影测量的基础和核心。
  相机标定技术是三维光学测量的核心技术,是测量精度的基础。目前相机标定方法基本上都是平面标定和标定块标定方法。其中国内单位使用最多的是张正友的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,由于其算法是公开的,所以很多厂家直接采用张正友相机标定算法。但是该算法存在很多问题,无法保证高精度的测量精度,只能用于对精度要求不高的图像模式识别研究,只能标定小视场的相机(如100mm~200mm)。平面圆点图案的标定算法存在的主要问题如下:
   1)要求标定板圆点图案中,每个圆点的位置是已知的,而且要事先高精度测量图案中所有圆点的位置,每一个标定板都必须事先测量。圆点的位置误差直接影响标定的精度。
   2)要求标定板严格的平整度。对于小尺寸的标定板,如100mm~200mm,可以加工出较好的平整度,但是对于大尺寸的标定板,如200mm~2000mm,根本无法加工出高精度的标定板。
   3)只能实现小幅面的相机标定,如100mm~200mm。因为无法加工出几米长的高精度平板,所以无法实现高精度的大幅面相机标定,如200mm~2000mm。
   因此,传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法无法满足工业测量的精度要求,受标定板制作的各种误差(如平面度误差、圆点位置误差等),标定精度无法保证,只能用于小视场相机标定(只能局限在100mm~200mm),只能用于对测量精度要求不高的图像模式识别研究,其标定精度根本无法满足工业测量的要求。


   西安交通大学研制的“基于摄影测量的相机自标定技术”,该标定技术有效地解决了传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,实现了高精度的相机标定。其优点如下:
   1)高精度相机标定,相机标定精度是可控的,不是随机的。传统的平面圆点图案或棋盘格的标定算法,其标定精度无法控制,随机性很大。
   2)可以完成多种视场的相机标定,可以完成1mm~10000mm视场的相机标定,实现可控的高精度相机标定。







 


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基于工业数字近景摄影测量技术的系列三维检测和变形应变分析系统 
       
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