[發明專利]一種GPS雙目攝像機標定及空間點重建方法

在審

• 申請號: 201610631808.9
• 申請日: 2016-08-03
• 公開（公告）號: CN107689065A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 陳錢;孔筱芳;顧國華;錢惟賢;任侃;王佳節
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/50;G06T7/13;G06T17/00;G06T3/20;G01S19/42
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 孟睿

技術領域

本發明屬于計算機視覺處理技術領域，具體涉及一種GPS雙目攝像機標定及空間點重建方法。

背景技術

目前，因具有速度快、精度高、無需接觸、自動化等優勢，計算機視覺在三維物體識別、空間物體三維姿態重建、機器人導引等領域已經得到了廣泛的應用。雙目攝像機標定技術作為計算機視覺研究中的一個重要組成部分，其標定精度對后續的研究工作具有較大的影響，因此提高雙目攝像機標定精度也成為研究的一個重要課題。攝像機的標定，就是通過建立圖像平面上物體二維投影點坐標與空間中相應的三維空間坐標之間的對應關系，計算出精確的攝像機成像模型參數。但是在許多場合中，攝像機內部幾何參數和光學參數，以及不同攝像機之間的位置關系并不需要具體解出，只需要建立圖像平面上物體二維投影點坐標與其相應的空間坐標之間的映射關系。

全球定位系統(Global Position System，GPS)利用衛星通過測時和測距實現目標的導航和定位。在實際應用過程中，GPS接收機通過接收標準的GPS導航電文來獲取基礎的定位和導航數據。由于GPS對運動目標的導航定位具有全方位、全天候、數據實時、高精度等特點，已經在許多領域得到廣泛的應用。

考慮到與傳統的2D或3D標定靶標相比，GPS能夠提供精度更高的空間坐標系坐標，本發明提出了一種新穎的基于GPS的雙目攝像機標定及空間點重建方法，采用GPS代替傳統標定方法中的2D或3D靶標，對雙目攝像機進行精確標定，并使用標定后雙目攝像機對空間任意點進行高精度三維坐標重建。

發明內容

本發明的目的在于提出一種GPS雙目攝像機標定及空間點重建方法，該方法采用GPS接收天線質心的精確坐標代替傳統的2D或3D標定靶標，進行雙目攝像機參數標定和空間任意點的三維重建，解決了雙目攝像機標定中對于高精度靶標的依賴問題，提高了靶標標定精度，減少空間點重建相對距離誤差。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種GPS雙目攝像機標定及空間點重建方法，使用如公式(1)所示的方法計算雙目攝像機標定過程中所需的投影矩陣M_j(j＝1,2)，從而實現雙目攝像機參數的標定，

式(1)中，是雙目攝像機參數標定過程中所需的投影矩陣，Z_c1,Z_c2為比例因子，為M_j(j＝1,2)矩陣第a行第b列元素；

式(1)中，為GPS接收天線質心在不同位置處的世界坐標系中的齊次坐標表示；

式(1)中，為GPS接收天線質心在雙目攝像機拍攝的兩組圖像中對應的齊次圖像坐標表示，n為每個攝像機拍攝的圖像數；

式(1)中，j表示雙目攝像機1，2。

使用如公式(2)所示的方法計算空間重建點P(X,Y,Z)坐標，從而實現空間點坐標重建，

式(2)中，通過雙目攝像機參數標定得到的投影矩陣，Z_c1,Z_c2為比例因子，為M_j(j＝1,2)矩陣第a行第b列元素；

式(2)中，分別為GPS接收天線質心在雙目攝像機拍攝的兩幅圖像中對應的齊次圖像坐標表示；

式(2)中，為空間重建點P(X,Y,Z)坐標的齊次表示。

所述GPS接收天線質心在不同位置處的世界坐標系的齊次坐標通過以下方法計算獲得：

使用公式(3)，通過GPS導航坐標系(B,L,H)與世界坐標系之間轉換求解出GPS接收天線質心在不同位置處的世界坐標系的齊次坐標

公式(3)中，(B,L,H)為GPS導航坐標系WGS-84坐標系中的經度、緯度和高度坐標信息，N為橢球曲率半徑，E為橢球第一偏心率。

所述GPS接收天線質心在拍攝圖像中對應的齊次圖像坐標通過Harris角點檢 測方法計算獲得。