[發(fā)明專利]基于單目視覺三角測距法的變焦相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811603203.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN109727290B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房紅兵;高恩浩;沙云容;張鵬;陳金旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發(fā)明提出了一種基于單目視覺三角測距法的變焦相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，首先，獲取像主點(diǎn)坐標(biāo)；將激光器和相機(jī)在垂直于地面的同一垂線上上下放置；然后使激光照射在固定物體上出現(xiàn)激光點(diǎn)，拍攝激光點(diǎn)圖像，獲得激光點(diǎn)的圖像像素坐標(biāo)，向固定物體方向平行移動(dòng)相機(jī)與激光光源位置，相機(jī)光軸與激光射線平行，拍攝另一幅激光點(diǎn)圖像；其次移動(dòng)相機(jī)使其和激光器放置在同一平行線上，在與步驟3相同的兩個(gè)位置拍攝得到另外兩幅激光點(diǎn)圖像；根據(jù)像主點(diǎn)坐標(biāo)以及拍攝的激光點(diǎn)的圖像完成攝像頭像素焦距標(biāo)定。本發(fā)明以標(biāo)定攝像機(jī)的焦距為主，算法簡單，動(dòng)態(tài)測量激光點(diǎn)可提高自標(biāo)定的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)量檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于單目視覺三角測距法的變焦相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

隨著視覺傳感器及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器視覺得到了廣泛應(yīng)用，如用于3D測量、3D物體重建、視覺導(dǎo)航、生物醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)等諸多領(lǐng)域。在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)中，攝像機(jī)的標(biāo)定是關(guān)鍵的步驟之一。攝像機(jī)的標(biāo)定是由兩臺(tái)不同位置攝像機(jī)或一臺(tái)攝像機(jī)通過移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)拍攝同一個(gè)場景，并且確定場景中物體表面某點(diǎn)的3D幾何坐標(biāo)與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)之間的相互關(guān)系，以建立攝像機(jī)成像的幾何模型，而該幾何模型中的參數(shù)就是攝像機(jī)參數(shù)。攝像機(jī)參數(shù)主要包括攝像機(jī)內(nèi)部幾何參數(shù)和反映攝像機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于世界坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)外部參數(shù)，如焦距、圖像中心坐標(biāo)、尺度因子和鏡頭畸變等屬于內(nèi)部參數(shù)；而旋轉(zhuǎn)變量和平移變量等屬于外部參數(shù)。這些參數(shù)需要通過試驗(yàn)和計(jì)算得到。在計(jì)算機(jī)視覺和3D重建過程中，攝像機(jī)標(biāo)定是從二維圖像獲取3D幾何信息不可或缺的環(huán)節(jié)，其精度和準(zhǔn)確性會(huì)影響后續(xù)的工作。因此，計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究者不斷地提出新的算法或方法來提高攝像機(jī)標(biāo)定的精度。

傳統(tǒng)攝像機(jī)標(biāo)定方法是指利用一個(gè)幾何參數(shù)精確已知規(guī)則的標(biāo)定物作為空間參照物，將參照物上的已知點(diǎn)坐標(biāo)與激光點(diǎn)在圖像上的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系即為攝像機(jī)模型，再通過建立優(yōu)化算法模型計(jì)算出攝像機(jī)模型參數(shù)。傳統(tǒng)攝像機(jī)標(biāo)定方法可分為利用最優(yōu)化算法的標(biāo)定法、兩步法、張正友標(biāo)定法以及其他方法等。但該方法需要放置參考物，對(duì)標(biāo)定的環(huán)境有所限制。

攝像機(jī)自標(biāo)定法是指利用攝像機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中圖像與圖像之間對(duì)應(yīng)點(diǎn)的關(guān)系，直接對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。該方法采用的是針孔攝像模型，通過攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的自身約束關(guān)系進(jìn)行求解。其與傳統(tǒng)標(biāo)定方法最大的區(qū)別就是無需放置標(biāo)定參照物。隨著計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的興起，攝像機(jī)自標(biāo)定法于20世紀(jì)90年代得到了迅速發(fā)展。其優(yōu)點(diǎn)是更靈活且應(yīng)用范圍較廣。但該方法需要解多元非線性方程，所以其最大的缺點(diǎn)就是魯棒性差，一般只應(yīng)用于通信、虛擬現(xiàn)實(shí)等精度要求不高的領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出了基于單目視覺三角測距法的變焦相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，解決現(xiàn)有標(biāo)定方法魯棒性差和精確度不高的問題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種基于單目視覺三角測距法的變焦相機(jī)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，具體步驟為：

步驟1、獲取像主點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟2、將激光器和相機(jī)在垂直于地面的同一垂線上上下放置，相機(jī)鏡頭與激光光源出射點(diǎn)處于同一豎直平面，相機(jī)光軸與激光射線平行；

步驟3、使激光照射在固定物體上出現(xiàn)激光點(diǎn)，利用相機(jī)拍攝激光點(diǎn)圖像，向固定物體方向平行移動(dòng)相機(jī)與激光光源位置，相機(jī)光軸與激光射線平行，拍攝另一幅激光點(diǎn)圖像；

步驟4、移動(dòng)相機(jī)使其和激光器放置在同一平行線上，激光器位于相機(jī)的正左方，相機(jī)鏡頭與激光光源出射點(diǎn)處于同一水平平面，相機(jī)光軸與激光射線平行；

步驟5、重復(fù)步驟3，在與步驟3相同的兩個(gè)位置拍攝得到另外兩幅激光點(diǎn)圖像；

步驟6、根據(jù)像主點(diǎn)坐標(biāo)以及步驟3和步驟5拍攝的激光點(diǎn)的圖像完成攝像頭像素焦距標(biāo)定。

優(yōu)選地，步驟1中獲取像主點(diǎn)坐標(biāo)的具體方法為：