摄影测量标准尺和图像采集设备标定系统

摘要

本发明公开了一种摄影测量标准尺和图像采集设备标定系统。标准尺包括尺身，在尺身的两端各设有一个凸凹结构的立体标志点，立体标志点用于对标准尺进行标定；系统包括摄影测量标准尺和多自由度调节支撑架。本发明改进了标准尺结构，将传统粘贴的标志点改为立体标志点，解决了标准尺只能通过光学方法溯源到线纹标准的问题，使其可以通过接触式测量溯源至端度最高标准量块，使标定精度提高一个数量级，标定结果可靠，且在提高精度的同时，简化了标定过程标准尺放置与调节过程，保证了标定数据的丰富性、可重复性和可复现性，进而提高了溯源准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及工业相机标定校准装置技术领域，尤其涉及一种摄影测量标准尺和图像采集设备标定系统。

背景技术

标准尺，在测量系统校准和标定中用作长度标准，在测量中用作基准尺，在工业摄影测量中提供长度基准。测量时，一般需要在被测对象表面粘贴标志点，同时在相机视场内放置标准尺以提供长度基准。故标准尺长度的精确性直接影响到测量结果的准确性，为保证工程应用中获取数据的质量，必须确保标准尺长度精确。

虽然标准尺的外形有很多种，但传统的标准尺一般采用的是在尺身上粘贴反光标志点的方法，在摄影测量过程中，计算机软件识别反光标志点，把预先标定好的标志点间的距离——尺长作为参考值，实现图上距离与实际距离的换算；还有的标志点通过腐蚀、喷涂或烧蚀设置在尺身，这种制作工艺的标准尺其标志点与标准尺尺身在同一个平面内，因此无法采用接触式的测量方法。上述标志点限制了该类标准尺的溯源方法，使其均只能溯源到线纹级别，测量精度低。

随着测量技术领域的发展，目前多通过高精度的激光测长机，光栅测长机进行标定，以测长机的长度作为测量标准，利用测长机所带显微镜放大机构通过切边确定回光反射标志圆(或圆环)的中心，确定标志中心间距，以此得到标准尺的长度，但此方法需要通过瞄准的方式获取测量数据，将长度溯源至线纹标准，测量过程复杂。同时，现有的工业相机标定装置不便于提供标定所需的7个以上不同角度标志点，不便于采集数据。

发明内容

基于此，本发明提供一种摄影测量标准尺和图像采集设备标定系统，以解决现有的标准尺结构无法提高溯源标准、且测量过程复杂，以及现有的工业相机标定装置不便于提供多个角度标志点，不便于采集数据的问题。

本实施例的第一方面提供了一种摄影测量标准尺，包括尺身，在所述尺身的两端各设有一个凸凹结构的立体标志点；所述立体标志点用于对标准尺进行标定。

可选的，所述凸凹结构的立体标志点为圆柱体、圆台体或半球体中的任意一种几何体。

可选的，所述凸凹结构的立体标志点为圆柱形凸起；

所述圆柱形凸起的高为2～5毫米，所述圆柱形凸起的上表面为标准圆形，且所述圆柱形凸起的上表面涂有反光材料。

可选的，所述尺身除两端的两个所述圆柱形凸起的上表面外，均为黑色。

可选的，所述凸凹结构的立体标志点为圆柱形凹坑；

所述圆柱形凹坑的深为2～5毫米，所述圆柱形凹坑与所述尺身上表面交线的面为标准圆形，且所述圆柱形凹坑除所述标准圆形的面外均涂有反光材料。

可选的，所述尺身除两端的两个所述圆柱形凹坑的内部表面外，均为黑色。

本实施例的第二方面提供了一种图像采集设备标定系统，包括至少一支多自由度调节支撑架和至少一把如实施例的第一方面提供的任一种所述的摄影测量标准尺。

可选的，所述多自由度调节支撑架的外表面为黑色。

可选的，所述多自由度调节支撑架包括：

支撑架主体，标记有贝塞尔点；

标准尺夹具，包括紧锁结构，通过所述锁紧结构将所述摄影测量标准尺与所述支撑架主体连接。

可选的，所述支撑架主体包括：

支撑底座；

高度调节杆；

角度调节结构，包括转轴和锁紧装置；和

标准尺固定杆，标记有贝塞尔点；其中，所述标准尺夹具通过锁紧结构将所述摄影测量标准尺与所述标准尺固定杆连接。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明改进了标准尺结构，将粘贴的标志点改为与尺身设置为一体的立体标志点，解决了标准尺只能通过光学方法溯源到线纹标准的问题，使其可以通过接触式测量溯源至端度最高标准量块，使标定精度提高一个数量级；且基于本实施例的标准尺的标定方法，比现有的方法操作方便，精度高，标定结果可靠，且在提高精度的同时，并不给现有的摄影测量的使用增加复杂度，标准尺的使用过程与现有的标准尺完全相同。

2、本发明在图像采集设备标定系统加入了可调节的多自由度调节支撑架，可提供不同角度的标志点，便于数据采集，提高了标定效率，简化了标定过程标准尺放置与调节过程，保证了标定数据的丰富性、可重复性和可复现性，进而提高了溯源准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种采用高为2～5毫米的圆柱体凸起的标准尺结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种采用高为2～5毫米的圆台体凸起的标准尺结构示意图；

图3本发明实施例提供的一种采用高为2～5毫米的半球体凸坑的标准尺结构示意图；

图4本发明实施例提供的一种采用深为2～5毫米的圆柱体凹坑的标准尺结构示意图；

图5本发明实施例提供的一种采用深为2～5毫米的圆台体凹坑的标准尺结构示意图；

图6本发明实施例提供的一种采用深为2～5毫米的半球体凹坑的标准尺结构示意图；

图7本发明实施例提供的一种多自由度支撑架的结构示意图；

图8本发明实施例提供的图像采集设备标定系统中多自由度支撑架进行角度布置的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参见图1，为本实施例中摄影测量标准尺的一种结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

所述一种摄影测量标准尺包括尺身，且在所述尺身的两端各设有一个凸凹结构的立体标志点；每个所述立体标志点用于对标准尺进行标定。其中，本实施例的标准尺的尺长定义为两个标志点圆心之间的距离。

现有技术中，研究者已经对标准尺进行设计和改造。例如李维诗，李治城，张瑞等在《一种工业摄影测量基准尺》中，通过标志点间距的特定关系和多个标志点的布置，能够给摄影测量系统提供易于进行同名点匹配且具有多个标准长度的标准尺，但是其仍采用的是平面标志点，进行长度溯源时仍然只能溯源至线纹级别；还例如李维诗，夏嫣然，于连栋等在《一种摄影测量基准尺长度标定装置和使用方法》中，对摄影测量基准尺的标定装置进行了改进，提高摄影测量基准尺标定装置的稳定性，基准尺测量前的准确定位、减小存在的阿贝误差，但其标定标准尺长度的方法是通过采集左右两端标志点的图像，确定两个标志点图像的中心位置，与激光干涉仪给出的读数比较得出标准尺长度，仍是只将标准尺长度溯源到线纹级别，且方法复杂；还比如段玲，黄桂平，段君毅等在《数字摄影测量系统的基准尺长度标定方法》中，通过数字摄影测量系统与光栅测长机结合使用，不过通过这种比较方法无法提高基准尺的溯源级别，仅在线纹标准内提高了标定精度。

因此，本实施例提供了一种可以将标准尺的长度基准溯源至端度的摄影测量标准尺，在所述尺身的两端各设有一个凸凹结构的立体标志点，提高了基准尺的高精度标定效果。

可选的，本实施例还可以在标准尺的主体上可固定有多个立体标志点，进而让标准尺可具有多个不同的尺长，实用性强。

可选的，为保证环境变化对标准尺长度影响很小，标准尺一般由碳纤维材料或铟钢材料制成。

在一个实施例中，本实施例的凸凹结构的立体标志点可以采用便于通过接触法进行精密测量的规则几何体，例如圆柱体、圆台体和半球体中的任意一种几何体，便于高精度制作，保证测量精度和标准尺的制备精度，当然也可以是任意一种边缘清晰可测量的几何体，应理解，本实施例对凸凹结构的立体标志点的结构并不进行具体限定。

可选的，图1是本实施例采用高为2～5毫米的圆柱体凸起的标准尺示意图，即本实施例的凸凹结构的立体标志点可以为圆柱形凸起，圆柱形凸起的上表面为标准圆形，同时圆柱形凸起的上表面涂有与反光标志点相同的反光材料。本实施例的标准尺在摄影测量使用过程中，与现有的标准尺使用方法完全相同，尺身两端圆面与现有标准尺粘贴的标志点作用相同，可被计算机软件识别并得到圆心，实现将标准尺的长度基准溯源至端度。

其中，标准尺的尺身除两端的凸起的上表面外均为黑色，降低对标定的影响。

可选的，图2是本实施例采用高为2～5毫米的圆台体凸起的标准尺示意图，即本实施例的凸凹结构的立体标志点可以为圆台形凸起，圆台形凸起的上表面涂有与反光标志点相同的反光材料。

可选的，图3是本实施例采用高为2～5毫米的半球体凸起的标准尺示意图，即本实施例的凸凹结构的立体标志点可以为半球体凸起，半球体凸起的上表面涂有与反光标志点相同的反光材料。

可选的，图4本实施例采用深为2～5毫米的圆柱体凹坑的标准尺示意图，即本实施例的凸凹结构的立体标志点可以为圆柱形凹坑，圆柱形凹坑与尺身上表面交线的面为标准圆形，同时圆柱形凹坑除标准圆形的面外均涂有与反光标志点相同的反光材料。本实施例的标准尺，在摄影测量使用过程中，与现有的标准尺使用方法完全相同，尺身两端圆柱与标准尺上表面交线与现有标准尺粘贴的标志点作用相同，可被计算机软件识别并得到圆心。

其中，标准尺的尺身，除两端的两个所述圆柱形凹坑的内部表面外，均为黑色，进而降低对标定的影响。

可选的，图5本实施例采用深为2～5毫米的圆台体凹坑的标准尺示意图，即本实施例的凸凹结构的立体标志点可以为圆台形凹坑，圆台形凹坑除标准圆形的面外均涂有与反光标志点相同的反光材料。

可选的，图6本实施例采用深为2～5毫米的半球体凹坑的标准尺示意图，即本实施例的凸凹结构的立体标志点可以为半球体凹坑，半球体凹坑的表面涂有与反光标志点相同的反光材料。

本实施例的标准尺的溯源方法举例：(1)一般的凸起或凹下形状均可采用坐标测量机测量，具备很好的测量效率和经济性；(2)若边缘为直立(柱状凸起或凹下)，且标志点形状达到较高精度(圆形或方形)则可采用测长机测量，此法可达到更高的溯源准确度。

上述摄影测量标准尺，对传统标准尺进行了创新性的结构设计，将以往的平面标志点改为凸凹结构的立体标志点，凸凹结构设计为便于通过接触法进行精密测量的规则几何体，包括圆柱体，圆台体，半球体及他们的拓扑形状，或由它们组合形成的规则可测的几何体；同时根据摄影测量对标准尺的应用方法，分别确定了凸凹两种标准尺的工作元素，并据此设计了凸凹两种标准尺的反光材料涂敷范围，如方案一和方案二中所述，保证了测量精度。

基于上述摄影测量标准尺，本实施例还提供了一种图像采集设备标定系统，包括：至少一支多自由度调节支撑架和至少一把如上述实施例提供的任一种摄影测量标准尺。

可选的，本实施例的多自由度调节支撑架的外表面为黑色，避免对工业相机标定过程产生干扰。

可选的，本实施例的多自由度调节支撑架可以包括：支撑架主体和标准尺夹具。支撑架主体标记有贝塞尔点；标准尺夹具包括紧锁结构，通过所述锁紧结构将所述摄影测量标准尺与所述支撑架主体连接。

在一个实施例中，支撑架主体可以包括：支撑底座、高度调节杆、角度调节结构和标准尺固定杆。

本实施例的高度调节杆通过伸缩方式改变标准尺中心距离地面高度。角度调节结构包括转轴与锁紧装置，保证支架水平方向转角0～360°可调，支架垂直方向转角0～90°可调，如图7，角度调节结构包括转轴和锁紧装置。

可选的，本实施例的支撑底座采用三角结构，保证稳定性。

本实施例的标准尺夹具的位置可移动，在标准尺固定杆上标记有贝塞尔点，保证了标准尺装夹后具有最小形变量，支撑架高度与角度可调保证标定过程获得充分且稳定的标志点数据，减小工业相机标定过程的不确定度。具体的，标准尺夹具通过锁紧结构将所述摄影测量标准尺与所述标准尺固定杆固定连接，即标准尺夹具一端与标准尺固定，另一端与标准尺固定杆固定，实现标准尺在测试空间内的位置与角度变换，方便的为工业相机标定提供充分的测试点。

示例性的，如图8所示，本实施例的图像采集设备标定系统，即工业相机标定校准装置整体由7把具有立体结构标志点的摄影测量标准尺和7支多自由度支撑架构成，覆盖工业相机标定所需的7个方向。7个方向的规定为：以大地为XOY平面，相机光轴方向为Y轴正方向，竖直向上方向为Z轴正方向构成右手直角坐标系，以最长标准尺长度构成正立方体，7个方向包括正方体互相垂直的三个边长、互相垂直三个面的对角线、正方体体对角线。覆盖7个方向的工业相机标定校准装置，极大的提高了工业相机的标定校准准确性和效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。