И.Р. Кабиров1

1ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, Россия)

1ilsur@inbox@gmail.com

Постановка проблемы. Актуальность калибровки бинокулярной системы технического зрения обусловлена необходимостью ее использования в качестве высокоточного измерителя навигационных параметров. Известные подходы к калибровке бинокулярной системы технического зрения либо не обеспечивают необходимого уровня компенсации погрешностей, обусловленных взаимным положением фотокамер, либо являются весьма трудозатратными. Кроме того, стремление обеспечения высокоточной навигации беспилотных летательных аппаратов в изменчивых условиях полета вызывает необходимость применения вариофокальных моторизированных объективов, при этом калибровка таких систем классическими способами становится еще более трудоемкой.

Цель. Разработать методику калибровки бинокулярной системы технического зрения с вариофокальными объективами с целью алгоритмической компенсации погрешностей, вызванных взаимным положением фотокамер, во всем диапазоне изменения фокусного расстояния.

Результаты. Разработана математическая модель. Введены калибровочные параметры, вычисление и учет которых обеспечивает существенное повышение точности измерений при условии выполнения предварительной механической юстировки. Предложен способ юстировки, основанный на фотоэкспозиции посредством фотокамер бинокулярной системы технического зрения специальной калибровочной мишени в виде созвездия (тройки) маяков и совмещении с помощью регулировочных элементов изображений маяков с программно-формируемыми метками. Создана методика калибровки, вычисляющая калибровочные параметры взаимного положения фотокамер, оставшиеся после выполнения юстировки. Показано, что для вариофокальных объективов калибровочные параметры могут быть представлены функциями параметра фокусного расстояния в виде полиномов степенного ряда.

Практическая значимость. Полученные результаты исследования точностных характеристик бинокулярных систем технического зрения подтвердили возможность алгоритмической компенсации погрешностей, вызванных взаимным положением фотокамер для выбранной конфигурации с вариофокальными объективами во всем диапазоне изменения фокусного расстояния в задаче навигации, требующей прецизионных измерений.

Кабиров И.Р. Методика калибровки бинокулярной системы технического зрения с вариофокальными объективами // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2025. Т. 23. № 3. С. 5−14. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202503-01

1. Чибуничев А.Г. Фотограмметрия: Учебник для вузов. М.: Изд-во МИИГАиК. 2022. 328 с.
2. Zhong W., Dong X. Camera calibration method of binocular stereo vision based on OpenCV //AOPC: Image Processing and Analysis. SPIE. 2015. Т. 9675. С. 571−576.
3. Hamzah R.A., Salim S.I.M. Software calibration for stereo camera on stereo vision mobile robot using Tsai's method // International Journal of Computer Theory and Engineering. 2010. Т. 2. № 3. С. 390.
4. Willson R.G., Shafer S.A. Perspective projection camera model for zoom lenses // Optical 3D Measurement Techniques II: Applications in Inspection. Quality Control and Robotics. SPIE. 1994. Т. 2252. С. 149−158.
5. Atienza R. et al. A practical zoom camera calibration technique: an application on active vision for human-robot interaction // Proc. Australian Conference on Robotics and Automation. 2001. С. 85−90.
6. Anthony G. Wiley Metric Aspects of Zoom Vision. PhD dissertation. University of Illinois at Urbana-Champaign. 1991.
7. Бондарев В.Г. Видеонавигация летательного аппарата // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2015. № 213 (3). С. 65−72.
8. Пат. 2347240 РФ. № 2007115257/09. Способ определения местоположения и углов ориентации летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы и устройство для его осуществления  / Бондарев В.Г., Гузеев А.Е., Ипполитов С.В., Лейбич А.А.; заявл. 23.04.07; опубл. 20.02.09. Бюл. № 5. 11 с.
9. Вержбицкий В.М. Численные методы. Линейная алгебра и нелинейные уравнения: Учеб. пособие для ВУЗов. М.: Высшая школа. 2000. 266 с.