双目测量系统简介

1、通过对双目视觉测量系统的研究，建立了双目视觉测量系统的误差模通过对双目视觉测量系统的研究，建立了双目视觉测量系统的误差模型，并分析了系统结构参数对测量结果的影响。在理论上对系统结构型，并分析了系统结构参数对测量结果的影响。在理论上对系统结构参数参数(两光轴夹角、基线距离等参数两光轴夹角、基线距离等参数)与测量精度之间的关系进行了系与测量精度之间的关系进行了系统、详尽的分析，得出了测量系统的位置误差对距离方向上的精度影统、详尽的分析，得出了测量系统的位置误差对距离方向上的精度影响较大；光轴夹角的变化对测量误差影响不大，而距离方向的误差随响较大；光轴夹角的变化对测量误差影响不大，而距离方向的误差随

2、着基线距离的增加而减小的结沦。本文建立的误差模型对具体的双目着基线距离的增加而减小的结沦。本文建立的误差模型对具体的双目视觉测量系统的设计具有指导作用。视觉测量系统的设计具有指导作用。Northeastern University光学测量；双目视觉；误差分析；结构参数光学测量；双目视觉；误差分析；结构参数存在的问题优 势Northeastern University双目视觉系统具有柔性结构，易双目视觉系统具有柔性结构，易于安装并且价格低廉。于安装并且价格低廉。目前视觉测量技术仍不能避免目前视觉测量技术仍不能避免一些干扰因素，诸如视线噪声、一些干扰因素，诸如视线噪声、相机性能、透镜畸变、特征提取

3、相机性能、透镜畸变、特征提取和计算机视觉结构的影响，测量和计算机视觉结构的影响，测量精度难以满足工业要求。精度难以满足工业要求。当视觉系统选择不同的结构参当视觉系统选择不同的结构参数，测量精度会受到很大影响。数，测量精度会受到很大影响。Northeastern University双目视觉系统的三维结构模型三维结构模型的三角函数表达 系统误差模型及分析 结 论双目视觉系统的三维结构模型双目视觉系统的三维结构模型Northeastern University两个相机的光轴与基线形成两个相机的光轴与基线形成的夹角的夹角 (1, 2)；基线是两台照相机物镜光学基线是两台照相机物镜光学中心的连线（中心

4、的连线（B）；）；两台照相机的焦点两台照相机的焦点(f1 ,f 2)；物距物距建立模型后，在两个相机建立模型后，在两个相机的共同视角内，被测点的的共同视角内，被测点的水平、垂直投影全部在相水平、垂直投影全部在相机视野内。机视野内。三维结构模型的三角函数表达三维结构模型的三角函数表达Northeastern University其中， 在在o1 o 2 P中有：中有： 在在PPo1中：中：最终得：最终得： 系统误差模型系统误差模型Northeastern University根据综合分布误差理论，测量系统的整体误差分别可表示为根据综合分布误差理论，测量系统的整体误差分别可表示为x,y,z轴的测量

5、误差：轴的测量误差：Northeastern University其中，其中，Northeastern University 误差分析误差分析A.夹角夹角(1, 2)和视角对测量精度的影响和视角对测量精度的影响 1) 当 时 ， 当当60，测量误差随，测量误差随增加急剧增加（如增加急剧增加（如Fig.2c 和和Fig.2d所示）。然而，当所示）。然而，当35时，测量误差随时，测量误差随减小而急剧增加（如减小而急剧增加（如Fig.2a所示）。所示）。 因此，为了平衡在整个视野内的误差分布，夹角因此，为了平衡在整个视野内的误差分布，夹角选择在开区选择在开区间间30,60内的最佳值以保证测量误差小、

6、测量精度高。内的最佳值以保证测量误差小、测量精度高。Northeastern UniversityNortheastern University2)当12时，当两夹角在开区间30,60分别变化时，总体误差传递特征随之变化。因此可得：Northeastern University在在在在 范围内，当范围内，当1= = 2时，误差分布时，误差分布取最小值。因此，当两夹角逐渐增加，误差分布也随之增加。取最小值。因此，当两夹角逐渐增加，误差分布也随之增加。Northeastern University 误差分布特征随投影角的变化误差分布特征随投影角的变化 假设垂直投影角不变，则物体在有效视野内的位置随

7、水平投影角变化。 根据 (2)(7), 得水平投影的误差函数：误差分布在投影角相等的方向上取最小。误差分布趋势从视角的误差分布在投影角相等的方向上取最小。误差分布趋势从视角的中心向四周逐渐增加。中心向四周逐渐增加。总之，夹角的对称分布可构成最佳的双目系统。总之，夹角的对称分布可构成最佳的双目系统。 Northeastern University 误差分析误差分析B. 基线和物距对测量精度的影响基线和物距对测量精度的影响 基线B是表征两个相机在视觉系统中共同位置的重要参数。不同的基线会视觉系统的结构变化和测量精度。当基线B变化时，夹角（1，2）和物距z也会相应地变化。而也焦点会随物距的变化而相应

8、发生变化。 为了简化基线对测量精度的影响，我们研究两光轴交叉点对测量精度的影响。假设两相机在水平面上对称分布。且 ， 。 根据(1)，得到：结构参数B的误差可表示为：Northeastern University 综上所述，综上所述，x随、呈正比变化，随、呈正比变化，故通过可知的变化趋势。如故通过可知的变化趋势。如Fig.5所所示，当物距示，当物距z一定时，测量误差会随一定时，测量误差会随基线基线B增加。当基线增加。当基线B一定时，测量一定时，测量误差会随物距误差会随物距z急剧增加。当参数急剧增加。当参数k在开区间在开区间0.8,2.2变化时，即变化时，即B=0.8z,2.2z，系统测量误差较

9、低。，系统测量误差较低。因此，当因此，当k3即即B3z时，须根据具体实例调整结构时，须根据具体实例调整结构参数来降低系统误差提高测量精度。参数来降低系统误差提高测量精度。MATLAB仿真图：仿真图：Northeastern University 结结 论论 通过对双目视觉系统测量原理的分析，建立了测试系统位置误通过对双目视觉系统测量原理的分析，建立了测试系统位置误差模型，为运用双目系统进行空间测量提供了理论依据。差模型，为运用双目系统进行空间测量提供了理论依据。 1) 当光轴与基线夹角（当光轴与基线夹角（1，2）相等或者不相等，如图）相等或者不相等，如图Fig.2, Fig.3 and Fig.4所示所示,对称结构的视觉系统较不对称的双目系统误差小。对称结构的视觉系统较不对称的双目系统误差小。 2) 通过对基线和物距误差曲线的分析，当基线通过对基线和物距误差曲线的分析，当基线B是物距是物距z的的0.82.2倍时，视觉系统的测量误差较低。当倍时，视觉系统的测量误差较低。当B3z时，视觉系统时，视觉系统的结构参数需要被调整保证测量误差较低。的结构参数需要被调整保证测量误差较低。 参考文献参考文献1Qiong Liu,