[發明專利]一種無人水面艇的視覺系統在線標定方法

有效

• 申請號: 201210055526.0
• 申請日: 2012-03-05
• 公開（公告）號: CN102592285A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王建華;劉康克;李剛;熊亞洲;張曉杰;馮海濤
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 劉粉寶

技術領域

本發明涉及一種無人水面艇視覺系統技術，具體涉及無人水面艇視覺系統的在線標定方法，適用于安裝在無人艇上的視覺導航或監控系統中所用攝像機內外參數的在線標定，也可用于無人車和無人機視覺系統。

背景技術

視覺導航在地面無人車和空中無人機中已有成功的應用，近年來人們試圖將該技術應用于水面無人艇的導航，但陸上標定好的視覺系統經無人艇的運輸、吊裝、布放或風浪引起的顛簸，標定參數會發生變化；視覺系統受水面反光的影響，實際工作環境與陸上標定環境不同，標定參數也存在偏差；因此，人們希望能夠對視覺系統進行在線標定。

針對視覺系統的在線標定問題，Fitzgibbon等人提出一種基于相同型號攝像機內參數先驗概率分布的在線標定方法(Online?camera?calibration，United?States?Patent，US7671891B2，2010)，但這種方法需要對相同型號的較多攝像機進行標定，求得內參數的先驗概率分布，這難以做到準確；特別是對于需要變焦的視覺系統，求先驗概率分布的工作量很大，不便于實現。

因此，本領域希望有更簡捷實用的視覺系統在線標定方法。

發明內容

本發明針對現有視覺系統的在線標定方法所存在的工作量大以及準確度不高等問題，而提供一種無人水面艇的視覺系統在線標定方法。該方法不需通過統計方法求取攝像機內參數的先驗概率分布，當視覺系統在實際條件下工作時，能夠對攝像機的內外參數進行在線標定。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種無人水面艇的視覺系統在線標定方法，該方法的步驟如下：

(1)將視覺系統采集的圖像分為視覺重建區和系統標定區，所述視覺重建區內的圖像用于視覺計算，所述系統標定區內的圖像用于在線標定；

(2)在無人水面艇上相應位置固設有至少一個小標定物，使得在視覺系統采集的圖像上小標定物的圖像位于并盡可能占滿系統標定區；

(3)進行在線標定之前，首先在另一船艇上設置一個大標定物，使得當載有所述大標定物的船艇在視覺系統的觀測范圍內運動時，視覺系統所拍攝大標定物圖像位于視覺重建區；接著分別利用大小標定物的圖像對視覺系統進行離線標定，得出兩組標定參數；再者經過多次離線標定，建立兩組標定參數之間的變換關系；

(4)視覺系統實際運行時，利用視覺重建區內的圖像進行視覺計算，同時，利用小標定物圖像對系統進行標定，得出一組標定結果；根據離線標定時建立的所述兩組標定參數間變換關系，對標定結果進行修正，得出對應于大標定物的等效標定結果，并以此更新視覺系統的標定參數，完成在線標定。

在本發明的優選實例中，所述步驟(1)采集的一幀圖像下部中間一個小區域為系統標定區，其高度和寬度約分別為一幀圖像的四分之一，無人艇上固定設置的小標定物成像在系統標定區內；一幀圖像中除所述系統標定區外的部分為視覺重建區，無人艇周圍的水面場景成像在視覺重建區內。

進一步的，所述步驟(3)中大標定物的結構為現有攝像機標定技術所采用的標定物結構，選擇大標定物的尺寸，使得當載有所述大標定物的船艇在視覺系統的觀測范圍內運動時，位于視覺重建區內的大標定物圖像上相鄰兩個特征點的距離不小于一個設定值，以便于特征點的提取。

根據上述技術方案得到的本發明通過大小兩個標定物進行離線標定，根據離線標定時建立的兩組標定參數間變換關系，對標定結果進行修正，得出對應于大標定物的等效標定結果，并以此更新視覺系統的標定參數，完成在線標定。這樣避免通過統計方法求取攝像機內參數的先驗概率分布，大大降低工作量；本發明當視覺系統在實際條件下工作時，能夠對攝像機的內外參數進行在線標定，有效保證準確度。

附圖說明

以下結合附圖和具體實施方式來進一步說明本發明。

圖1為本發明的原理圖。

圖2為本發明中視覺系統實際工作時采集的一幀圖像的示意圖。

圖3為本發明一種實施方案中小標定物的結構示意圖。

圖4為本發明中視覺系統進行離線標定時采集的一幀圖像的示意圖。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。

本發明為了避免現有視覺系統在線標定方法工作量大和準確度不高等問題，其所提供的方法是首先將視覺系統采集的圖像分為視覺重建區和系統標定區；