[發明專利]一種基于壓縮感知的單圖像相機標定方法

有效

• 申請號: 201710799135.2
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107644444B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 何浩;黃景維;黃運保;李海艷;張沙清;張志宏
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;惠州市廣工大物聯網協同創新研究院有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 章蘭芳

本發明涉及相機標定技術領域，具體公開了一種基于壓縮感知的單圖像相機標定方法，只需對標定板拍照一次，通過對張正友平面標定法針對單圖像的欠定方程組中的6個未知量設置限定條件，利用壓縮傳感重構算法求得該單圖像的最優解，大大簡化了單圖像的內參矩陣及外參矩陣的求解過程，且采用的壓縮傳感重構算法自我循環優化，相機的標定質量、標定效率較高。

技術領域

本發明涉及相機標定技術領域，尤其涉及一種基于壓縮感知的單圖像相機 標定方法。

背景技術

攝像機標定技術起源于十九世紀攝影測量學中的鏡頭校正，主要用來解決 視點坐標及與其對應的像點坐標間的精準匹配問題，攝像機模型就是由定義其 匹配關系的參數組成，通常將這些參數又分為外部參數和內部參數。Tsai在1987 年提出的兩步標定法被認為是相機標定重要理論工作，被廣泛應用于早期的相 機標定過程中?；趶较蚧凕c與真實點之間共線的假設模型，該方法采用兩 步策略求解相機的內外參數。兩步標定法的優點在于，求解參數的計算復雜度 較低、求解速度較快，其缺點在于，在標靶平面與成像平面處于平行時，求解 的誤差較大、穩定性不高。

1999年，張正友提出的平面標定方法(后稱為張正友平面標定法)采用簡 單的平面物體作為標靶，多次拍攝不同位置的標靶圖像以非線性優化方法來估 計攝像機參數。這種平面標靶的標定方法結合了傳統標靶標定法與自標定法的 思想，通過二維平面標靶的簡單手動操作即能獲得較高的標定精度。

張正友平面標定法是一種新的、靈活的、精度高的方法。但是在使用張正 友平面標定法的過程中，為了計算相機內參矩陣，需要求得六個未知量，所以 必須建立關于這六個未知量的方程組。張正友平面標定法對每一張標定板圖像 只能建立2個方程，在需要解6個未知量情況下，只有2個方程組，顯然該方 程組是欠定方程組。因此，張正友平面標定法必須對標定板進行至少3次不同 角度的拍照，以獲得至少6個方程組才能求出相機的內參矩陣，進一步通過求 得的內參矩陣求得外參矩陣和畸變系數。

在利用張正友平面標定法對標定板進行人為多次拍照的過程中，可能因為 標定板擺放的角度有重復或者相差不大，導致后續的求解過程中重復計算無用 數據，相機的標定質量及標定效率低下。

發明內容

本發明提供一種基于壓縮感知的單圖像相機標定方法，解決了現有技術中 張正友平面標定法對單圖像無法進行精準標定的技術問題。

為解決以上技術問題，本發明提供一種基于壓縮感知的單圖像相機標定方 法，包括步驟：

S1.將張正友標定法數學模型化形，得到單圖像的內參矩陣的解的等價向量 表達式以及所述等價向量表達式的約束關系表達式，并確定標定信號的 稀疏度；

S2.設定傳感矩陣，根據所述傳感矩陣將所述內參矩陣的解的向量表達式化 形為初始壓縮觀測方程；

S3.初始化相機殘差、迭代索引集合，以及初始化所述傳感矩陣的列集合， 并根據相機的物理參數設置所述內參矩陣中的未知量的限定條件；

S4.將經過t-1次迭代的所述相機殘差與所述傳感矩陣的每一列作內積運算， 得到最大內積絕對值并將其作為第t次迭代的第t次迭代索引，t為大于 等于1的自然數；所有的所述第t次迭代索引組成所述迭代索引集合；

S5.根據經過所述步驟S4的所述迭代索引集合選出所述傳感矩陣的所述列 集合；

S6.根據經過所述步驟S5的所述傳感矩陣的所述列集合求得所述初始壓縮 觀測方程的最小二乘解；

S7.根據所述最小二乘解更新經過t次迭代的所述相機殘差；

S8.判斷所述最小二乘解是否滿足所述內參矩陣中未知量的限定條件；若 是，則判定所述最小二乘解為最優解，并根據所述最優解求出所述內參 矩陣；若否，則返回到所述步驟S4。