[發明專利]基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法

有效

• 申請號: 201611258957.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108269286B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 李鑫;黃潔;王宗浩;柯發偉;宋強;簡和祥;文雪忠;丁建文;柳森
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 李東斌

1.一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

步驟1、進行全站儀建站，并對所使用的相機進行內參數標定；

步驟1.1、進行全站儀建站，使全站儀可直接測量棱鏡點在全站儀坐標系下的坐標值，且全站儀可以通視所有相機測量視場；

步驟1.2、對所有相機進行內參數標定；

步驟2、制作組合立體標志；

步驟2.1、固定連接至少3個棱鏡和至少4個圖像合作標志點，建立組合立體標志，且滿足所有棱鏡點或圖像合作標志點不共線；

步驟2.2、利用全站儀測量各個棱鏡點之間的位置關系，建立棱鏡坐標系；

步驟2.3、若圖像合作標志點采用已知靶標，則直接采用靶標坐標系作為合作標志坐標系，否則，利用離散三維重建方法測出圖像合作標志點相互位置關系，再采用建立棱鏡坐標系的方法建立圖像合作標志坐標系；

步驟3、標定出組合立體標志中棱鏡坐標系和圖像合作標志坐標系之間的轉換關系；

設全站儀坐標系到棱鏡坐標系的轉換關系為棱鏡坐標系到圖像合作標志坐標系的轉換關系為圖像合作標志坐標系到相機坐標系的轉換關系為具體表達為：

其中R對應于旋轉矩陣，T對應于平移向量；

步驟3.1、在某一相機視場內，將組合立體標志布置N個位置，其中N≥3，要求各個位置之間的變換關系不能是繞同一個軸，然后對每一個位置用全站儀測量棱鏡點的坐標，并拍攝合作標志點圖像；

步驟3.2、由于棱鏡點在棱鏡坐標系下的坐標已知，而棱鏡點在全站儀坐標系下的坐標通過全站儀打點測量獲得，因此，利用絕對定向方法可求解出各個位置全站儀坐標系到棱鏡坐標系的轉換關系

步驟3.3、通過圖像合作標志點提取和相機位姿估計求解出各個位置圖像合作標志坐標系到相機坐標系的轉換關系

步驟3.4、利用機器人手眼標定原理，求解棱鏡坐標系到圖像合作標志坐標系的轉換關系；

具體的，對于通過組合立體標志的一次移動可以得到約束：

其中下標“1”表示移動前狀態，下標“2”表示移動后狀態；對于N個位置，兩兩之間都可以認為是一次移動，因此，共有N(N-1)/2個形式為上述公式的約束，即可求解獲得

步驟4、獲得全站儀坐標系到各個相機坐標系的轉換關系，即各個相機的位姿。

2.根據權利要求1所述的一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法，其特征在于：所述的步驟4具體為：

步驟4.1、將組合立體標志依次置于每個相機的視場中1次，利用全站儀測量棱鏡點坐標，并用相機拍攝合作標志點圖像；

步驟4.2、分別求解全站儀坐標系到棱鏡坐標系的轉換關系和圖像合作標志坐標系到相機坐標系的轉換關系

步驟4.3、利用坐標系傳遞，計算全站儀坐標系到各個相機坐標系的轉換關系即相機的位姿。

3.根據權利要求1所述的一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法，其特征在于：所述的步驟1中使用激光跟蹤儀代替全站儀，同時使用激光跟蹤儀靶球代替全站儀棱鏡。

4.根據權利要求2所述的一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法，其特征在于：所述的步驟4.3中坐標系傳遞時，將組合立體標志置于每一個相機視場內多次，增加約束，通過優化可以獲取更高精度的位姿關系。

5.根據權利要求1所述的一種基于組合立體標志的多相機位姿關聯方法，其特征在于：所述的步驟2中制作組合立體標志具體為：

建立“L”型組合立體標志，由4個棱鏡點和6個“十”字型圖像合作標志點固連組成；

利用全站儀獲得4個棱鏡點之間的位置關系，建立棱鏡坐標系，利用相機對圖像合作標志點進行多次成像，經過特征點提取、離散三維重建方法獲得6個“十”字型標志的位置關系，建立圖像合作標志坐標系；

將該立體標志依次置于某一相機視場內3個不同位置，針對每一個位置，用全站儀獲得4個棱鏡點坐標系，得到全站儀坐標系與棱鏡坐標系之間的轉換關系，用相機對6個“十”字型標志進行成像并進行位姿估計獲得圖像合作標志坐標系與相機坐標系之間的轉換關系，再利用手眼標定計算原理獲得棱鏡坐標系和圖像合作標志坐標系之間的轉換關系；

最后依次將該立體組合標志置于每一個相機視場內1次，依次獲得全站儀坐標系與棱鏡點坐標系之間的轉換關系和圖像合作標志坐標系與相機坐標系之間的轉換關系，從而利用坐標系傳遞即可獲得每一個相機坐標系和全站儀坐標系之間的轉換關系。