[發明專利]四自由度雙目視覺系統中的攝像機標定方法

有效

• 申請號: 201410123114.5
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103854291B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 曾慧;高偉;胡占義
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及計算機視覺技術領域，尤其涉及一種四自由度立體視覺系統中的攝像機標定方法。

背景技術

在計算機視覺領域，攝像機標定是三維重建、視覺導航、工業檢測、機器人定位、三維測量等應用中的一個關鍵問題，長期以來受到人們的關注。攝像機標定是指確定相機的內外參數，其中內參數是指相機固有的、與位置參數無關的內部幾何與光學參數，包括圖像中心坐標(主點坐標)、焦距、比例因子和畸變系數等；而外參數的標定是指確定攝像機坐標系相對于世界坐標系的變換關系，可以用旋轉矩陣R和平移向量T來表示。從上世界70年代開始，國內外學者對此做了大量的研究工作，提出了諸多方法。這些方法根據是否有標定物分為：有標定物法、無標定物法；根據標定物的維數分為3D、2D、1D、0D標定法；根據所采用的模型分為線性模型標定法與非線性模型標定法；根據標定方式分為傳統標定、主動標定與自標定。

傳統的攝像機標定方法包括傳統標定方法、主動視覺方法和自標定方法，其中，傳統標定方法是指用一個結構已知、精度很高的標定塊作為空間參照物，通過空間點與圖像點之間的對應關系來建立攝像機模型參數的約束，然后通過優化算法來求取這些參數的方法。傳統標定方法的優點在于可以獲得較高的精度，適用于精度要求高且攝像機的參數不經常變化的場合。不足之處是標定過程復雜，需要高精度的標定塊。在這類方法中，最具有代表性的工作是Zhang于1999年提出的基于平面模板的標定方法(Zhengyou Zhang，Flexible Camera Calibration by Viewing a Plane from Unknown Orientations.IEEE International Conference on Computer Vision，Vol.1，666-673，1999.)。這種方法既具有較好的魯棒性，又不需要昂貴的精致標定塊，實用性較強。主動視覺方法是指利用已知相機的某些運動信息對相機進行標定的方法。該類方法需要控制攝像機做某些特殊運動，利用這些運動的特殊性來計算攝像機的內參數。該類方法的優點是算法簡單，往往能夠獲得線性解，魯棒性較高；缺點是系統的成本高，需要特殊的實驗設備而且不適合運動參數未知或者無法控制的場合。自標定方法是指不需要標定塊，僅依靠多幅圖像對應點之間的關系直接進行標定的方法。該類方法只利用了攝像機內參數自身存在的約束，與場景和攝像機的運動無關，具有靈活、方便的特點；但是其最大的不足是精度不高。

對于多攝像機系統，多個攝像機可以對同一物體從不同的角度分別成像，利用已標定得到的攝像機內參數可以計算出相機之間的相對平移和旋轉。但是四自由度雙目視覺系統是由兩個可以繞水平方向和豎直方向進行旋轉的攝像機組成的，兩個攝像機之間的位置關系并不是固定的，這給雙目立體視覺系統的標定帶來了一定程度的困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種四自由度雙目視覺系統中的攝像機標定方法。給定當前姿態下每個攝像機分別繞兩個旋轉軸旋轉的度數，可計算出兩攝像機對應的攝像機內、外參數。

本發明提出的一種四自由度雙目視覺系統中的攝像機標定方法包括以下步驟：

步驟1，使用基于平面模板的標定方法估計得到四自由度雙目視覺系統中左、右攝像機的內參數；

步驟2，計算雙目視覺系統初始姿態下左攝像機的外參數R₁₀和t₁₀，以及右攝像機的外參數R₂₀和t₂₀；

步驟3，估計左攝像機的水平旋轉軸A₁和垂直旋轉軸A₂，以及右攝像機的水平旋轉軸A₃和垂直旋轉軸A₄；

步驟4，計算當前姿態下左右兩攝像機的外參數。

根據以上技術方案，本發明提出的四自由度雙目視覺系統中的攝像機標定方法的有益效果有：

(1)能夠有效計算雙目視覺系統中左、右攝像機水平旋轉軸和垂直旋轉軸；

(2)在已知左、右攝像機繞水平旋轉軸和垂直旋轉軸及其旋轉角度的前提下，能夠有效計算當前姿態下左、右攝像機的外參數。

附圖說明

圖1是本發明四自由度雙目視覺系統中的攝像機標定方法的流程圖；

圖2是四自由度雙目視覺系統的結構示意圖；

圖3是用來標定左攝像機內參數的六幅平面模板圖像；

圖4是初始姿態下使用左攝像機獲得的三幅平面模板圖像；

圖5是初始姿態下使用右攝像機獲得的三幅平面模板圖像；