[發明專利]一種使用少數共面點精確定位多攝像頭系統位姿的方法

有效

• 申請號: 201010203869.8
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN101865656A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 劉勇;熊蓉;章逸豐;褚健;吳哲
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G06T7/00;G06F19/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

1.一種使用少數共面點定位多攝像頭系統位姿的方法，所述多攝像頭系統由N個相對位姿關系固定的攝像頭組成，N為2或大于2的自然數，其中每一個攝像頭具有唯一的編號；其特征在于包括以下步驟：

1)、在多攝像頭系統中的N個攝像頭中選擇一個攝像頭作為參照，該攝像頭的編號為i，使用張正友標定方法測量多攝像頭系統內其它攝像頭相對攝像頭i的位姿關系，所述位姿關系包括：

a)、平移向量t＝[X，Y，Z]，X、Y、Z分別表示X軸，Y軸和Z軸的偏移量，b)、旋轉矩陣R，R為3×3矩陣，表示兩個攝像頭之間的旋轉關系；

2)、在參考平面上放置n個標記點，n為2或大于2的自然數，并測量標記點之間的二維坐標值，以垂直參考平面的方向為Z軸，且該參考平面為Z＝1建立坐標系，指定其中一個標記點為參考原點，得到標記點的坐標M％＝[X，Y，1]^T；

3)、用圖像分割方法識別出步驟2)中所放置的標記點在每一個攝像頭中成像的圖像坐標值，并對每一個攝像頭建立得到步驟2)中所放置的標記點的坐標值與其在攝像頭上的成像點坐標值之間的一一對應關系；

4)、通過標記點坐標M％＝[X，Y，1]^T和其在攝像頭i上的成像點m％＝[u，v，1]^T，計算攝像頭i的單應矩陣H，H為3×3矩陣，sm％＝HM％，m％表示點M％在攝像頭i上的成像點坐標值，s為一實常數，表示比例因子；通過多個成像點聯立方程組解得s和H；

5)、建立攝像頭i的單應矩陣與多攝像頭系統中其它攝像頭的單應矩陣之間的一對一對應關系，它包括：

測量所述被選擇的攝像頭i的單應矩陣H和其它攝像頭相對于攝像頭i的平移向量t和旋轉矩陣R，

根據所述攝像頭i的單應矩陣H和其它攝像頭相對于攝像頭i的平移向量t和旋轉矩陣R，將其它攝像頭的單應矩陣表示為與所述被選擇的攝像頭i的單應矩陣H和t，R相關的等式；

6)、采用非線性優化方法優化攝像頭i的單應矩陣H，使得所有攝像頭實際獲得的成像點坐標值和通過優化后的單應矩陣H’計算出來的像點坐標值的歐氏距離誤差最小；

7)、通過優化后的各攝像頭的單應矩陣，計算每一個攝像頭的位姿參數，所述位姿關系參數包括：旋轉矩陣R、平移向量t。

2.根據權利要求1所述的一種使用少數共面點定位多攝像頭系統位姿的方法，其特征在于所述步驟5)建立攝像頭i的單應矩陣與多攝像頭系統中其它攝像頭的單應矩陣之間的一對一對應關系采用以下等式：

t_i＝R_ij*t_j+t_ij＝λ_jR_ijK_j-¹h_3j+t_ij

R_i＝R_ij*[λ_jK_j-¹h_1j?λ_jK_j^-1h_2j?λ_jK_j^-1h_1j×λ_jK_j^-1h_2j]

H_i～H′_i＝K_i[λ_jR_ijK_j^-1h_1j?λ_jR_ijK_j^-1h_2j?λ_jR_ijK_j^-1h_3j+t_ij]

j表示所述多攝像頭系統中，除攝像頭i之外的攝像頭的編號，R_i，t_i分別表示攝像頭i的旋轉矩陣和平移向量；R_j，t_j分別表示攝像頭j的旋轉矩陣和平移向量；R_ij，t_ij分別表示攝像頭j到攝像頭i的旋轉矩陣和平移向量；λ_j表示攝像攝像頭j的比例系數；表示攝像頭j的內參矩陣作求逆運算；h_1j，h_2j，h_3j分別表示攝像頭j單應矩陣的第一、第二、第三列；表示攝像頭i的單應矩陣H_i正比例于矩陣函數表示矩陣的第三行，第三列的元素。