[發明專利]一種用于機器視覺自動標定的主動發光式標靶及其標定方法

無效

• 申請號: 201110328922.1
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102521822A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 郭亞敏;肖艦;戚力;俞乾;張益昕;王順;張旭蘋
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

1.用于機器視覺自動標定的主動發光式標靶標定方法，采用二維平板式的標靶，其特征在于標靶上嵌有若干個排列成矩形點陣的發光小燈，所有小燈在水平方向和垂直方向等間距排列，矩形的四個頂點上的四小燈顏色各不相同，其余的小燈顏色一致但不與四角上小燈顏色相同；每盞小燈由獨立的開關控制；標靶的工作模式有放置在遠處、近處兩種：放置在近處時，標靶上的小燈全部打開；放置在遠處時，標靶四角上帶有區分性的小燈打開，其余小燈隔行隔列發光。

標定步驟是：攝像機在任意選定的不同位置拍攝多組標靶圖像，同一位置分別拍攝小燈開啟和關閉的圖片各一張；使用灰度作差相減的方法處理各組圖像去除背景；使用灰度重心的方法提取出圖像中小燈的發光中心點；建立統一方向的世界坐標系，計算全部小燈的世界坐標；最后將計算結果直接代入攝像機標定算法，解得攝像機的內部參數和外部參數，其中內部參數為焦距、像素比例因子、水平、垂直像素單位長度和主點坐標；外部參數為世界坐標系與攝像機坐標系之間的旋轉和位移關系；

步驟一：放置標靶在攝像機視野里的不同位置，拍攝多組彩色圖像；每組圖片是在每個位置分別拍攝小燈開啟和關閉的圖片各一張；

步驟二：處理每組圖片，得到沒有背景僅剩小燈光點的標靶圖片；該圖上每點的灰度值為亮燈圖片在此點的灰度值減去滅燈圖片在此點的灰度值；

步驟三：將所得圖片進行閥值分割，去除小燈附近的散射光圈；

步驟四：針對每個光點，使用灰度重心的方法計算其發光的重心點；假設小燈發光光強對稱，所以此時的重心點就是小燈的幾何中心點；使用灰度重心法公式：其中x，y是圖像坐標系上的點，f(x，y)是這點的灰度值，x1，y1是重心點坐標；計算全部光點的中心點，得到圖像坐標系下的全部標定點坐標；

步驟五：利用標靶上四角小燈為不同顏色的特點來建立方向統一的世界坐標系，小燈的世界坐標通過測量實際距離原點的尺寸獲得；計算全部小燈的世界坐標，得到世界坐標系下得全部數據；

攝像機的成像以近似為針孔模型：以標靶的一頂點為原點，標靶平面為O_wX_wY_w平面建立世界坐標系O_wX_wY_wZ_w。以攝像機中心O_c為原點，建立攝像機坐標系O_cX_cY_cZ_c。以圖像的左上頂點O為原點，建立圖像坐標系O₀U₀V₀。若P為標靶上任一點，其在世界坐標系下的坐標為P_w(x_w，y_w，z_w)，在攝像機坐標系下得坐標為P_c(x_c，y_c，z_c)，在圖像坐標系下坐標為P₀(x₀，y₀)。則世界坐標系和圖像坐標系的對應關系為：

Sx0y01=Axcyczc=ARTxcyczc=αcu00βv0001RTxwywzw1---(1)]]>

其中s為比例系數；矩陣[R?T]稱為外部參數，其中R和T分別表示世界坐標系和攝像機坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣；矩陣A稱為內部參數，其中(u₀，v₀)為光軸與圖像坐標系的交點即主點坐標，α和β分別為攝像機在x、y方向上的歸一化焦距，c為攝像機x軸和y軸之間的不垂直因子；

步驟六：將步驟五得到的世界坐標系、圖像坐標系下的標定點坐標數據計算出攝像機的內外參數。