近年来,机器视觉测量技术发展迅速,在物体测量与定位,以及三维重建等领域具有广泛的应用。相机标定是视觉测量过程中必不可少的环节,标定的准确性直接影响着视觉测量系统的精度。提高相机标定的精度和效率,对于视觉测量技术的发展具有重要意义。普通靶标用于相机标定时需要保证其在各角度成像的完整,靶标占相机视场比例较小,标定精度低,且变焦测量中相机视场改变,标定精度进一步降低。本课题分析了单应矩阵及靶标参数对于标定结果的影响,设计了一种定向分层靶标,并提出基于共线原理和射影变换结合的靶点匹配方法。当靶标定向标志点成像在相机视场中即可正确进行靶点匹配,提高了靶标使用的灵活性和相机标定效率。在不同视场下,使用定向分层靶标中的不同靶点范围进行标定,靶点区域在视场中的所占比例一直较大,确保了相机标定的精度。具体完成的研究工作如下:1.研究相机成像模型和标定原理,分析了单应矩阵在参数标定中的作用,以及靶标参数对相机标定结果的影响,设计了一种定向分层靶标。实现根据相机视场大小自动选取较大的靶点区域进行相机标定。并在靶标中加入定向标志点,降低了靶点匹配难度,提高了匹配效率。2.对于定向分层靶标的靶点识别,首先通过图像处理技术分离靶点与背景,然后根据靶点特征进行靶点识别和提取,并采用灰度加权质心法求解靶点的中心坐标。针对定向分层靶标的靶点匹配,提出基于共线原理与射影变换结合的靶点匹配方法。首先根据共线原理先对坐标轴上靶点进行匹配,然后利用坐标轴上的匹配靶点求解射影变换方程,再将模板数据转换到靶标图片中,通过模板与待匹配靶点之间的对应关系实现靶点匹配,解决了靶标成像不完整时靶点匹配错误的问题。3.编写相机标定软件,实验验证了靶点识别和匹配方法的准确性和稳定性。相机标定对比实验结果表明,在相机变焦和视场大小变化时,定向分层靶标在相机视场中的所占比例较高,使用定向分层靶标进行标定,标定结果的精度和稳定性优于普通靶标。