本发明涉及一种汽车检测领域的测量设备与测量方法，更具体的说，它是一种基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统与方法。
背景技术：
汽车性能检测领域研究目的是对汽车的运行的安全性、可靠性、通过性等重要性能进行定期检测，保证车辆的安全运行和道路使用者的生命财产安全。视觉检测由于具有非接触、成本低、精度高等优点，在汽车车轮定位参数检测、汽车轴距差检测、汽车形貌检测、多轴车轴偏角检测、车型识别等汽车性能检测的重要研究方向上具有重要的研究意义和广泛的应用前景。单个摄像机由于视场受限，无法满足车辆等大型被测物体的形貌测量需求和多个车轮之间的定位参数等远距离被测物体的位置测量需求，因此需要采用多个相机构成的大范围的相机测量场或检测场进行测量和标定。对于双相机或多摄像机而言，可能存在标定参照物不能同时出现在两个摄像机相机的公共视场的情况，但是同时又需要将两个摄像机的测量结果结合起来统一到一个坐标系下进行测量和重建，因此，确定两个无公共视场摄像机之间的位姿关系是整个测量系统不可或缺的重要步骤。由于两相机方法可以推广到多个无公共视场相机的坐标系统一研究中，因此对高速轨道车辆的车轮定位、车轮定位参数、轴距差、形貌重建等相关领域的研究具有同样重要的研究价值。现有技术中的两相机标定法需要导轨工作台等大型的外部辅助设备参与工作，结构复杂、成本偏高、操作不便，无法在现场标定中使用。本申请采用独立相机和圆柱靶标构造三维空间点作为两个相机的桥梁，实现了基于空间点的汽车检测无共视场相机的坐标系统一。
技术实现要素：
本发明针对解决在汽车检测过程中，单个摄像机由于视场受限，无法满足大型系统测量需求，双相机可能存在标定参照物不能同时出现在两个摄像机相机的公共视场等问题，提出了一种灵活简便、工作安全可靠、结构简单的标定系统与方法。通过三个摄像机分别获取各视场内的图像，已确定三个摄像机之间的位姿关系，实现了空间点的汽车检测无共视场相机的坐标系统一。
结合说明书附图，本发明采用如下技术方案予以实现：
基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统包括有总摄像机、总摄像机支架、分摄像机左、分摄像机支架左、分摄像机右、分摄像机支架右与圆柱靶标；
总摄像机支架、右分摄像机支架、左分摄像机支架与圆柱靶标放置在地面上，分摄像机左与分摄像机右无共视场，总摄像机、分摄像机左与分摄像机右通过底部的螺纹孔分别与总摄像机支架、分摄像机支架左与分摄像机支架右顶部的螺栓螺纹固定连接。
技术方案中所述的总摄像机支架为可调整高度的三角支架。
技术方案中所述的分摄像机支架左为可调整高度的三角支架。
技术方案中所述的分摄像机支架右为可调整高度的三角支架。
技术方案中所述的总摄像机为广角工业相机。
技术方案中所述的分摄像机左为广角工业相机。
技术方案中所述的分摄像机右为广角工业相机。
技术方案中所述的圆柱靶标是一个空心圆柱，外表面粘贴有棋盘格图案。
基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定方法的具体步骤如下：
第一步：基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定的图像采集：
总摄像机、分摄像机左以及分摄像机右分别固定在总摄像机支架、分摄像机支架左与分摄像机支架右上，将总摄像机支架、分摄像机支架左与分摄像机支架右放置在地面上，根据汽车检测对大检测范围的需要，分摄像机左与分摄像机右无公共视场，将圆柱靶标放置在地面上，并处于总摄像机与分摄像机左的视场内，总摄像机与分摄像机左分别采集一幅图像，移动圆柱靶标，使其处于总摄像机与分摄像机右的视场内，总摄像机与分摄像机右分别采集一幅图像；
第二步：当圆柱靶标在总摄像机与分摄像机左公共视场内时，根据总摄像机采集的图像解算从圆柱靶标到总摄像机坐标系转换的单应矩阵：
从圆柱靶标坐标系到总摄像机获取的图像坐标系的转换关系为
pt1，i0xt1＝sxi0，t1
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt1，i0＝kt1，i0[rt1，i0tt1，i0]，kt1，i0是总摄像机的内参数，rt1，i0，tt1，i0是根据qr分解获得的总摄像机的外参数，xt1为圆柱靶标特征点的圆柱靶标坐标系坐标，xi0，t1为圆柱靶标特征点xt1在总摄像机获取的图像下的图像坐标，s为比例因子，由旋转矩阵rt1，i0和平移向量tt1，i0可求得从圆柱靶标在分摄像机左视场下的坐标系到总摄像机坐标系转换的单应矩阵
第三步：当圆柱靶标在总摄像机与分摄像机右公共视场内时，根据总摄像机1采集的图像解算从圆柱靶标到总摄像机坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标坐标系与总摄像机1获取的图像坐标系的转换关系为
pt2，i0xt2＝sxi0，t2
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt2，i0＝kt2，i0[rt2，i0tt2，i0]，kt2，i0是总摄像机的内参数，rt2，i0，tt2，i0是根据qr分解获得的总摄像机的外参数，xt2为圆柱靶标特征点的圆柱靶标坐标系坐标，xi0，t2为圆柱靶标特征点xt2在总摄像机获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt2，i0和平移向量tt2，i0可求得从圆柱靶标在分摄像机右视场下的坐标系到总摄像机坐标系转换的单应矩阵
根据所求得ht1，co与ht2，co可以得到从分摄像机左坐标系到分摄像机右坐标系的单应矩阵
ht2，t1＝ht2，c0(ht1，c0)-1
将ht2，t1进一步展开可得
第四步：当圆柱靶标在总摄像机与分摄像机左公共视场内时，根据分摄像机左采集的图像解算从圆柱靶标到分摄像机左坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标坐标系与分摄像机左获取的图像坐标系的转换关系为
pt1，i1xt1＝sxi1，t1
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt1，i1＝kt1，i1[rt1，i1tt1，i1]，kt1，i1是分摄像机左的内参数，rt1，i1，tt1，i1是根据qr分解获得的分摄像机左的外参数，xi1，t1为圆柱靶标特征点xt1在分摄像机左获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt1，i1和平移向量tt1，i1可求得圆柱靶标在分摄像机左视场下的坐标系到分摄像机左坐标系的单应矩阵
第五步：当圆柱靶标在总摄像机与分摄像机右公共视场内时，根据分摄像机右采集的图像解算从圆柱靶标到分摄像机右坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标坐标系与分摄像机右获取的图像坐标系的转换关系为
pt2，i2xt2＝sxi2，t2
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt2，i2＝kt2，i2[rt2，i2tt2，i2]，kt2，i2是分摄像机右的内参数，rt2，i2，tt2，i2是根据qr分解获得的分摄像机右的外参数，xi2，t2为圆柱靶标特征点xt2在分摄像机右获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt2，i2和平移向量tt2，i2可求得圆柱靶标在分摄像机右视场下的坐标系到分摄像机右坐标系的单应矩阵
第六步：分摄像机左坐标系与分摄像机右坐标系之间的单应矩阵解算：
根据第二步到第五步解得的一系列单应矩阵，可求得从分摄像机左坐标系到分摄像机右坐标系转换的单应矩阵
hc1，c2＝(ht2，c2)-1ht2，t1ht1，c1
将单应矩阵hc1，c2展开可得分摄像机左坐标系到分摄像机右坐标系转换的单应矩阵与第二步到第五步中所得的各个旋转矩阵和平移向量的关系为
本发明的有益效果是：
(1)本发明的方法针对无公共视场相机全局标定问题，引入了第三个相机和圆柱靶标构造了三维空间点，建立了无公共视场相机之间的转换桥梁，实现了基于空间点的汽车检测无共视场相机的坐标系统一。该方法能够实现高精度的标定，且不必知道不同位置的靶标之间的关系就可以确定相机之间的单应矩阵。
(2)本发明的系统使用方便、灵活，克服传统标定方法中外部辅助设备较大，受空间限制，便捷性差等缺点，通过扩展相机的数量，可进一步实现对多相机的标定。
(3)本发明的系统测量范围广、性能可靠、装置结构简单、操作简便、成本低，解决了传统单相机重建测量范围小，双相机重建无公共视场标定方法需要大型固定接触式测量系统价格昂贵、测量效率低等问题。
附图说明
图1是基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统的轴测图；
图2是基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统中总摄像机1的轴测图；
图3是基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统中总摄像机支架2的轴测图；
图4是基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统中圆柱靶标8的轴测图；
图5是基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定方法的原理图；
图6是基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定方法中求解从圆柱靶标7坐标系到总摄像机1以及到分摄像机左3坐标系转换的单应矩阵的流程图；
图7是基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定方法中求解从圆柱靶标7坐标系到总摄像机1以及到分摄像机右5坐标系转换的单应矩阵的流程图；
图8是基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定方法中求解从分摄像机左3坐标系到分摄像机右5坐标系转换的单应矩阵的流程图；
图中：1.总摄像机，2.总摄像机支架，3.分摄像机左，4.分摄像机支架左，5.分摄像机右，6.分摄像机支架右，7.圆柱靶标。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：
参阅图1至图4，基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统包括有总摄像机1、总摄像机支架2、分摄像机左3、分摄像机支架左4、分摄像机右5、分摄像机支架右6与圆柱靶标7；
总摄像机支架2、分摄像机支架左4与分摄像机支架右6为相同的可调整高度的三角支架，总摄像机支架2、分摄像机支架左4、分摄像机支架右6与圆柱靶标7放置在地面上，总摄像机1、分摄像机左3与分摄像机右5均为广角工业相机，总摄像机1、分摄像机左3与分摄像机右5通过底部的螺纹孔分别与总摄像机支架2、分摄像机支架左4与分摄像机支架右6顶部的螺栓螺纹固定连接，根据汽车检测对大检测范围的需要，分摄像机左3与分摄像机右5无共视场，圆柱靶标7是一个空心圆柱，外表面粘贴有棋盘格图案。
参阅图5至图8，基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定方法可分为以下六步：
第一步：基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定的图像采集：
总摄像机1、分摄像机左3以及分摄像机右5分别固定在总摄像机支架2、分摄像机支架左4与分摄像机支架右6上，将总摄像机支架2、分摄像机支架左4与分摄像机支架右6放置在地面上，根据汽车检测对大检测范围的需要，分摄像机左3与分摄像机右5无公共视场，将圆柱靶标7放置在地面上，并处于总摄像机1与分摄像机左3的视场内，总摄像机1与分摄像机左3分别采集一幅图像，移动圆柱靶标7，使其处于总摄像机1与分摄像机右5的视场内，总摄像机1与分摄像机右5分别采集一幅图像；
第二步：当圆柱靶标7在总摄像机1与分摄像机左3公共视场内时，根据总摄像机1采集的图像解算从圆柱靶标7到总摄像机1坐标系转换的单应矩阵：
从圆柱靶标7坐标系到总摄像机1获取的图像坐标系的转换关系为
pt1，i0xt1＝sxi0，t1
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt1，i0＝kt1，i0[rt1，i0tt1，i0]，kt1，i0是总摄像机1的内参数，rt1，i0，tt1，i0是根据qr分解获得的总摄像机1的外参数，xt1为圆柱靶标7特征点的圆柱靶标7坐标系坐标，xi0，t1为圆柱靶标7特征点xt1在总摄像机1获取的图像下的图像坐标，s为比例因子，由旋转矩阵rt1，i0和平移向量tt1，i0可求得从圆柱靶标7在分摄像机左3视场下的坐标系到总摄像机1坐标系转换的单应矩阵
第三步：当圆柱靶标7在总摄像机1与分摄像机右5公共视场内时，根据总摄像机1采集的图像解算从圆柱靶标7到总摄像机1坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标7坐标系与总摄像机1获取的图像坐标系的转换关系为
pt2，i0xt2＝sxi0，t2
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt2，i0＝kt2，i0[rt2，i0tt2，i0]，kt2，i0是总摄像机1的内参数，rt2，i0，tt2，i0是根据qr分解获得的总摄像机1的外参数，xt2为圆柱靶标7特征点的圆柱靶标7坐标系坐标，xi0，t2为圆柱靶标7特征点xt2在总摄像机1获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt2，i0和平移向量tt2，i0可求得从圆柱靶标7在分摄像机右5视场下的坐标系到总摄像机1坐标系转换的单应矩阵
根据所求得ht1，co与ht2，co可以得到从分摄像机左3坐标系到分摄像机右5坐标系的单应矩阵
ht2，t1＝ht2，c0(ht1，c0)-1
将ht2，t1进一步展开可得
第四步：当圆柱靶标7在总摄像机1与分摄像机左3公共视场内时，根据分摄像机左3采集的图像解算从圆柱靶标7到分摄像机左3坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标7坐标系与分摄像机左3获取的图像坐标系的转换关系为
pt1，i1xt1＝sxi1，t1
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt1，i1＝kt1，i1[rt1，i1tt1，i1]，kt1，i1是分摄像机左3的内参数，rt1，i1，tt1，i1是根据qr分解获得的分摄像机左3的外参数，xi1，t1为圆柱靶标7特征点xt1在分摄像机左3获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt1，i1和平移向量tt1，i1可求得圆柱靶标7在分摄像机左3视场下的坐标系到分摄像机左3坐标系的单应矩阵
第五步：当圆柱靶标7在总摄像机1与分摄像机右5公共视场内时，根据分摄像机右5采集的图像解算从圆柱靶标7到分摄像机右5坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标7坐标系与分摄像机右5获取的图像坐标系的转换关系为
pt2，i2xt2＝sxi2，t2
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt2，i2＝kt2，i2[rt2，i2tt2，i2]，kt2，i2是分摄像机右5的内参数，rt2，i2，tt2，i2是根据qr分解获得的分摄像机右5的外参数，xi2，t2为圆柱靶标7特征点xt2在分摄像机右5获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt2，i2和平移向量tt2，i2可求得圆柱靶标7在分摄像机右5视场下的坐标系到分摄像机右5坐标系的单应矩阵
第六步：分摄像机左3坐标系与分摄像机右5坐标系之间的单应矩阵解算：
根据第二步到第五步解得的一系列单应矩阵，可求得从分摄像机左3坐标系到分摄像机右5坐标系转换的单应矩阵
hc1，c2＝(ht2，c2)-1ht2，t1ht1，c1
将单应矩阵hc1，c2展开可得分摄像机左3坐标系到分摄像机右5坐标系转换的单应矩阵与第二步到第五步中所得的各个旋转矩阵和平移向量的关系为
1.一种基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于，所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统包括有总摄像机(1)、总摄像机支架(2)、分摄像机左(3)、分摄像机支架左(4)、分摄像机右(5)、分摄像机支架右(6)与圆柱靶标(7)；
总摄像机支架(2)、分摄像机支架左(4)、分摄像机支架右(6)与圆柱靶标(7)放置在地面上，分摄像机左(3)与分摄像机右(5)无公共视场，总摄像机(1)、分摄像机左(3)与分摄像机右(5)通过底部的螺纹孔分别与总摄像机支架(2)、分摄像机支架左(4)与分摄像机支架右(6)顶部的螺栓螺纹固定连接。
2.按照权利要求1所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的总摄像机(1)为广角工业相机。
3.按照权利要求1所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的总摄像机支架(2)为可调整高度的三角支架。
4.按照权利要求1所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的分摄像机左(3)为广角工业相机。
5.按照权利要求1所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的分摄像机支架左(4)为可调整高度的三角支架。
6.按照权利要求1所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的分摄像机右(5)为广角工业相机。
7.按照权利要求1所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的分摄像机支架右(6)为可调整高度的三角支架。
8.按照权利要求1所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的圆柱靶标(7)是一个空心圆柱，外表面粘贴有棋盘格图案。
9.按照权利要求1至8所述的基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定系统的标定方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：基于空间点的汽车检测无共视场相机全局标定的图像采集：
总摄像机(1)、分摄像机左(3)以及分摄像机右(5)分别固定在总摄像机支架(2)、分摄像机支架左(4)与分摄像机支架右(6)上，将总摄像机支架(2)、分摄像机支架左(4)与分摄像机支架右(6)放置在地面上，根据汽车检测对大检测范围的需要，分摄像机左(3)与分摄像机右(5)无共视场，将圆柱靶标(7)放置在地面上，并处于总摄像机(1)与分摄像机左(3)的视场内，总摄像机(1)与分摄像机左(3)分别采集一幅图像，移动圆柱靶标(7)，使其处于总摄像机(1)与分摄像机右(5)的视场内，总摄像机(1)与分摄像机右(5)分别采集一幅图像；
第二步：当圆柱靶标(7)在总摄像机(1)与分摄像机左(3)公共视场内时，根据总摄像机(1)采集的图像解算从圆柱靶标(7)到总摄像机(1)坐标系转换的单应矩阵：
从圆柱靶标(7)坐标系到总摄像机(1)获取的图像坐标系的转换关系为
pt1，i0xt1＝sxi0，t1
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt1，i0＝kt1，i0[rt1，i0tt1，i0]，kt1，i0是总摄像机(1)的内参数，rt1，i0，tt1，i0是根据qr分解获得的总摄像机(1)的外参数，xt1为圆柱靶标(7)特征点的圆柱靶标(7)坐标系坐标，xi0，t1为圆柱靶标(7)特征点xt1在总摄像机(1)获取的图像下的图像坐标，s为比例因子，由旋转矩阵rt1，i0和平移向量tt1，i0可求得从圆柱靶标(7)在分摄像机左(3)视场下的坐标系到总摄像机(1)坐标系转换的单应矩阵
第三步：当圆柱靶标(7)在总摄像机(1)与分摄像机右(5)公共视场内时，根据总摄像机(1)采集的图像解算从圆柱靶标(7)到总摄像机(1)坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标(7)坐标系与总摄像机(1)获取的图像坐标系的转换关系为
pt2，i0xt2＝sxi0，t2
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt2，i0＝kt2，i0[rt2，i0tt2，i0]，kt2，i0是总摄像机(1)的内参数，rt2，i0，tt2，i0是根据qr分解获得的总摄像机(1)的外参数，xt2为圆柱靶标(7)特征点的圆柱靶标(7)坐标系坐标，xi0，t2为圆柱靶标(7)特征点xt2在总摄像机(1)获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt2，i0和平移向量tt2，i0可求得从圆柱靶标(7)在分摄像机右(5)视场下的坐标系到总摄像机(1)坐标系转换的单应矩阵
根据所求得ht1，co与ht2，co可以得到从分摄像机左(3)坐标系到分摄像机右(5)坐标系的单应矩阵
ht2，t1＝ht2，c0(ht1，c0)-1
将ht2，t1进一步展开可得
第四步：当圆柱靶标(7)在总摄像机(1)与分摄像机左(3)公共视场内时，根据分摄像机左(3)采集的图像解算从圆柱靶标(7)到分摄像机左(3)坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标(7)坐标系与分摄像机左(3)获取的图像坐标系的转换关系为
pt1，i1xt1＝sxi1，t1
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt1，i1＝kt1，i1[rt1，i1tt1，i1]，kt1，i1是分摄像机左(3)的内参数，rt1，i1，tt1，i1是根据qr分解获得的分摄像机左(3)的外参数，xi1，t1为圆柱靶标(7)特征点xt1在分摄像机左(3)获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt1，i1和平移向量tt1，i1可求得圆柱靶标(7)在分摄像机左(3)视场下的坐标系到分摄像机左(3)坐标系的单应矩阵
第五步：当圆柱靶标(7)在总摄像机(1)与分摄像机右(5)公共视场内时，根据分摄像机右(5)采集的图像解算从圆柱靶标(7)到分摄像机右(5)坐标系转换的单应矩阵：
圆柱靶标(7)坐标系与分摄像机右(5)获取的图像坐标系的转换关系为
pt2，i2xt2＝sxi2，t2
利用ransac点提取方法和dlt标定方法可求得投影矩阵pt2，i2＝kt2，i2[rt2，i2tt2，i2]，kt2，i2是分摄像机右(5)的内参数，rt2，i2，tt2，i2是根据qr分解获得的分摄像机右(5)的外参数，xi2，t2为圆柱靶标(7)特征点xt2在分摄像机右(5)获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵rt2，i2和平移向量tt2，i2可求得圆柱靶标(7)在分摄像机右(5)视场下的坐标系到分摄像机右(5)坐标系的单应矩阵
第六步：分摄像机左(3)坐标系与分摄像机右(5)坐标系之间的单应矩阵解算：
根据第二步到第五步解得的一系列单应矩阵，可求得从分摄像机左(3)坐标系到分摄像机右(5)坐标系转换的单应矩阵
hc1，c2＝(ht2，c2)-1ht2，t1ht1，c1
将单应矩阵hc1，c2展开可得分摄像机左(3)坐标系到分摄像机右(5)坐标系转换的单应矩阵与第二步到第五步中所得的各个旋转矩阵和平移向量的关系为
