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CN111768364B - 一种飞机表面质量检测系统标定方法 - Google Patents

一种飞机表面质量检测系统标定方法 Download PDF

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CN111768364B CN202010412606.1A CN202010412606A CN111768364B CN 111768364 B CN111768364 B CN 111768364B CN 202010412606 A CN202010412606 A CN 202010412606A CN 111768364 B CN111768364 B CN 111768364B
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Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种飞机表面质量检测系统标定方法，其特征在于：包括以下步骤：a、将多个相机进行排序，且构成一个闭环；b、将标定板对排序后的相机依次进行位置标定;c、获得两两相邻相机坐标的转换关系；d、依次构造参数化误差项；e、构造目标函数；f、得到修正后的转换关系集合。通过对飞机表面大范围采用多相机标定后，分解为两两相机之间的标定，从而避免了对大尺寸标定板或标定靶标的需求，简化了标定的过程；通过闭环误差的整体优化提高相机标定的全局精度，通过构造合理的误差项和目标函数，减小和消除累积误差，避免了两两标定带来的误差累积问题。

Description

一种飞机表面质量检测系统标定方法
技术领域
本发明属于飞机质量检测技术领域，具体涉及一种飞机表面质量检测系统标定方法。
背景技术
航空零部件以及飞机整机尺寸较大，为了对航空大部件或飞机整机进行基于图像的表面质量检测，需要移动式的图像采集装置，或由大量相机组成的固定式图像采集装置。移动式图像采集装置其整体精度受到运动机构精度的影响，大量相机组成的固定式图像采集装置可以避免运动机构对精度的影响，但对大范围多相机的标定较为困难。
由于每个相机的视野有限，标定只能分步在少数相机之间进行，最终会产生较大的累积误差，使整个系统的精度无法提高，因此急需一种飞机大范围表面质量检测系统标定方法，减小大范围多相机标定时的整体误差，提高系统整体的精度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种飞机表面质量检测系统标定方法，解决了传统方法累积误差大，全局精度差的问题。这种快速标定方法简单可靠，准确度高，针对性强。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种飞机表面质量检测系统标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将多个相机进行排序，相机排序的序号依次为1,2,3,i,i+1,,N-1,N，且构成一个闭环；
b、将标定板对排序后的相机依次进行位置标定；
c、获得两两相邻相机坐标的转换关系，既相机1和相机2之间坐标系的转换关系
Figure BDA0002493795550000011
相机2和相机3之间的转换关系T3 2；相机i和相机i-1之间的转换关系
Figure BDA0002493795550000012
相机N-1和相机N之间的转换关系
Figure BDA0002493795550000013
相机N和相机1之间的转换关系T1 N；
d、依次构造参数化误差项Δi，其与
Figure BDA0002493795550000021
为相同类型的矩阵，即由6个参数决定的旋转平移矩阵，i＝1,2,3,i,i+1,,N-1,N，其中ΔN为转换关系T1 N的误差项；
e、构造目标函数
Figure BDA0002493795550000022
目标函数的理想值是单位旋转平移矩阵，即相机1坐标系经过连续的旋转平移变换最终回到其本身；求解使得上述目标函数值最小的集合{Δi，(i＝1，2，3，i，i+1，N-1，N)}；
f、求得的集合{Δi，(i＝1，2，3，i，i+1，N-1，N)}修正相机两两之间的转换关系
Figure BDA0002493795550000023
得到修正后的转换关系集合
Figure BDA0002493795550000024
所述两两相邻序号相机之间的外部参数构造的误差项相互独立。
所述构造目标函数以闭环总误差为目标，以独立误差参数项为参数，求取使闭环总误差最小的误差参数项取值。
本发明带来的有益效果有。
1、通过对飞机表面大范围采用多相机标定后，分解为两两相机之间的标定，从而避免了对大尺寸标定板或标定靶标的需求，简化了标定的过程；通过闭环误差的整体优化提高相机标定的全局精度，通过构造合理的误差项和目标函数，减小和消除累积误差，避免了两两标定带来的误差累积问题；可以进行多重闭环的构造，从而降低误差项的求解难度，提高其求解的精度。
附图说明
图1是本发明中检测系统标定方法的示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种飞机表面质量检测系统标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将多个相机进行排序，相机排序的序号依次为1,2,3,i,i+1,,N-1,N，且构成一个闭环；
b、将标定板对排序后的相机依次进行位置标定；
c、获得两两相邻相机坐标的转换关系，既相机1和相机2之间坐标系的转换关系
Figure BDA0002493795550000031
相机2和相机3之间的转换关系T3 2；相机i和相机i-1之间的转换关系
Figure BDA0002493795550000032
相机N-1和相机N之间的转换关系
Figure BDA0002493795550000033
相机N和相机1之间的转换关系T1 N；
d、依次构造参数化误差项Δi，其与
Figure BDA0002493795550000034
为相同类型的矩阵，即由6个参数决定的旋转平移矩阵，i＝1,2,3,i,i+1,,N-1,N，其中ΔN为转换关系T1 N的误差项；
e、构造目标函数
Figure BDA0002493795550000035
目标函数的理想值是单位旋转平移矩阵，即相机1坐标系经过连续的旋转平移变换最终回到其本身；求解使得上述目标函数值最小的集合{Δi，(i＝1，2，3，i，i+1，N-1，N)}；
f、求得的集合{Δi，(i＝1，2，3，i，i+1，N-1，N)}修正相机两两之间的转换关系
Figure BDA0002493795550000036
得到修正后的转换关系集合
Figure BDA0002493795550000037
所述两两相邻序号相机之间的外部参数构造的误差项相互独立。
所述构造目标函数以闭环总误差为目标，以独立误差参数项为参数，求取使闭环总误差最小的误差参数项取值。
对多相机进行排序，相邻序号的相机之间有足够大的公共视野，最后一个序号的相机和第一个序号的相机之间有足够大的公共视野，可以通过标定板获得相邻序号的相机之间的坐标系转换关系，即外部参数，最后一个序号的相机和第一个序号也认为是相邻序号，从而构成闭环。
相机之间的坐标系转换关系进行传递，最终构成闭环。
从第一个序号的相机坐标系开始，通过连续的坐标系转换，最终应当回到第一个序号的相机坐标系，最终转换结果与第一个坐标系之间的误差，可认为是闭环总误差。
可以在全部相机中构造多个闭环，每个闭环包含不同或相同数量的相机，从而构造足够多的目标函数，以获取独立误差参数项的取值。
通过对飞机表面大范围采用多相机标定后，分解为两两相机之间的标定，从而避免了对大尺寸标定板或标定靶标的需求，简化了标定的过程；通过闭环误差的整体优化提高相机标定的全局精度，通过构造合理的误差项和目标函数，减小和消除累积误差，避免了两两标定带来的误差累积问题；可以进行多重闭环的构造，从而降低误差项的求解难度，提高其求解的精度，对多相机进行排序，确保相邻序号的相机之间有足够大的公共视野，最后一个序号的相机和第一个序号的相机之间有足够大的公共视野；使用标定板依序标定相机内部参数；使用标定板依序标定相机两两之间的外部参数，直至形成闭环；建立相机两两之间外部参数的参数化误差项；以闭环总误差为目标构造目标函数，求取使总误差最小的误差项取值；以前述误差项取值修正相机两两之间的外部参数。本方法适用于对大范围内的多个相机进行外部参数标定，可以减小两两标定带来的误差累积，达到全局最优的标定结果。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (3)

1.一种飞机表面质量检测系统标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将多个相机进行排序，相机排序的序号依次为1,2,3,i,i+1,N-1,N，且构成一个闭环；
b、将标定板对排序后的相机依次进行位置标定；
c、获得两两相邻相机坐标的转换关系，即相机1和相机2之间坐标系的转换关系T2 1；相机2和相机3之间的转换关系T3 2；相机i和相机i-1之间的转换关系
Figure FDA0003589526560000011
相机N-1和相机N之间的转换关系
Figure FDA0003589526560000012
相机N和相机1之间的转换关系T1 N；
d、依次构造参数化误差项△i，其与
Figure FDA0003589526560000013
为相同类型的矩阵，即由6个参数决定的旋转平移矩阵，i＝1,2,3,i,i+1,N-1,N，其中△N为转换关系T1 N的误差项；
e、构造目标函数
Figure FDA0003589526560000014
目标函数的理想值是单位旋转平移矩阵，即相机1坐标系经过连续的旋转平移变换最终回到其本身；求解使得上述目标函数值最小的集合{Δi，(i＝1，2，3，i，i+1，N-1，N)}；
f、求得的集合{Δi，(i＝1，2，3，i，i+1，N-1，N)}修正相机两两之间的转换关系
Figure FDA0003589526560000015
得到修正后的转换关系集合
Figure FDA0003589526560000016
2.如权利要求1所述的一种飞机表面质量检测系统标定方法，其特征在于：所述两两相邻序号相机之间的外部参数构造的误差项相互独立。
3.如权利要求1所述的一种飞机表面质量检测系统标定方法，其特征在于：所述构造目标函数以闭环总误差为目标，以独立误差参数项为参数，求取使闭环总误差最小的误差参数项取值。
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