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一种基于虚拟立体靶标的线阵相机标定方法
引用本文:王子辰,戴明,汪永阳,李刚,李家德,郎小龙.一种基于虚拟立体靶标的线阵相机标定方法[J].光电子.激光,2013(5):867-873.
作者姓名:王子辰  戴明  汪永阳  李刚  李家德  郎小龙
作者单位:中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033;中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033;中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033;中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033;中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033;中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
基金项目:国家重点基础研究“973计划”(2009CB7240012A)、装备预先研究(402040203) 和中国科学院航空光学成像与测量重点实验室开放基金 (Y2HC1SR123)资助项目 (1.中国科学院航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033; 2.中国科学院大学 ,北京 100039; 3.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033)
摘    要:针对线阵相机标定的过程中特征点容易丢失的事 实,提出了一种线阵相机标定方 法。首先,利用设计的平面靶标 与相机多次曝光巧妙地构建了虚拟立体标定靶标,通过分析与数学建模得到靶标上标定特征 点空间位置与像点的对应关系; 其次,使用最小均方估计方法对特征像点中心进行亚像素估计,并使用基于最小二乘迭代方 法对多特征点超定方程进行求解, 讨论了标定过程中相机与靶标非平行时对标定结果的影响;最后,使用提出的方法对线 阵相机标定进行实验验证。理论分析 与实验结果表明,本文的线阵相机标定方法简单灵活,标定特征点个数不拘泥于靶标的制 作,相机与靶标的位置无需严格平行,平 均标定精度达0.26pixel,具有较好的实用价值。

关 键 词:线阵相机标定    虚拟立体靶标    最小均方估计    最小二乘迭代    标定误差
收稿时间:2012/10/28 0:00:00

A line-scan camera calibration method based on virtual stereo pattern
Affiliation:Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Aca demy of Sciences,Changchun 130033,China
Abstract:This paper proposes a novel method that can be used for improving line -scan camera calibration according to the fact that calibration points are easy-missing during calibration.First,we use the specially designed planar pattern and multiple exposures of line-scan camera to produce a virtual stereo calibration pattern.We then analy ze the characteristics of virtual stereo calibration pattern and established a mathematical model to seize the relation between the coordinat es of calibration points on the pattern and those of their images.Second,we employ the technique of least mean square to estimate the center of the calibration image points in sub-pixel resolution.The over-determined equations for multiple feature point s are thus able to be solved by iterative least squares.We also emphatically ana lyze the impact on the calibr ation result that is caused by the non-parallel nature between the camera and calibration pattern.Finally,both the analysis an d experimental results reveal that this proposed line- scan camera calibration method is not only convenient and flexible,but the cali bration points are also independent of calibration pattern,and the condition of parallelism between the calibration pattern an d camera is not required.All these features make our devised line-scan camera calibration method accurate,as precise as 0.26pixel, and more practical.
Keywords:: line-scan camera calibration  virtual stereo pattern  least-square esti mation  iterative least squares  calibration error
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