[發(fā)明專利]一種基于小靶標(biāo)模糊圖像的攝像機(jī)在線標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910007205.5
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109754435B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉震;任一鳴;李若銘;吳穗寧;閻峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗;成金玉

本發(fā)明涉及一種基于小靶標(biāo)模糊圖像的攝像機(jī)在線標(biāo)定方法，包括：將高精度小的圓發(fā)光點靶標(biāo)盡量靠近鏡頭，保證靶標(biāo)獲得較大圖像比例與擺放角度；調(diào)整攝像機(jī)光圈與曝光時間，得到可辨識的靶標(biāo)圖像；建立靶標(biāo)特征點定位不確定度數(shù)學(xué)模型，求解每個特征點的定位不確定度；以靶標(biāo)特征點定位及參數(shù)的不確定度為約束，通過非線性優(yōu)化方法求解攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)高精度解；該方法不需要考慮攝像機(jī)聚焦空間和靶標(biāo)尺寸，僅需很小的高精度靶標(biāo)在貼近鏡頭的位置擺放就可以在大的圖像模糊及噪聲條件下實現(xiàn)攝像機(jī)超高精度標(biāo)定。本發(fā)明適合在大視場、淺景深攝像機(jī)甚至是正在使用攝像機(jī)的在線標(biāo)定，具有很大靈活性和適應(yīng)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器標(biāo)定的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于小靶標(biāo)模糊圖像的攝像機(jī)在線標(biāo) 定方法。

背景技術(shù)

攝像機(jī)是計算機(jī)視覺領(lǐng)域最重要的核心部件，攝像機(jī)標(biāo)定對計算機(jī)視覺系統(tǒng)具有重要作 用。現(xiàn)有攝像機(jī)標(biāo)定方法需要靶標(biāo)放置在攝像機(jī)聚焦空間內(nèi)保證獲取清晰的靶標(biāo)圖像，且需 要在圖像中占較大面積，同時靶標(biāo)擺放位置需要有較大的角度變化，這樣才可以獲取高精度 的攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果。但對包括以魚眼和反射折射攝像機(jī)為代表的大視場攝像機(jī)來說，在攝像 機(jī)聚焦空間內(nèi)的高精度中小靶標(biāo)在圖像中所占面積較小，而大靶標(biāo)精度低且加工困難，搬運(yùn) 和擺放都極為不方便；對于長焦、淺景深攝像機(jī)來說，攝像機(jī)聚焦空間內(nèi)靶標(biāo)擺放角度可變 化的范圍很小，容易出現(xiàn)圖像模糊現(xiàn)象，導(dǎo)致攝像機(jī)標(biāo)定精度下降。

現(xiàn)在比較主流的攝像機(jī)標(biāo)定方法多采用不同類型的靶標(biāo)，主要包括三維靶標(biāo)、二維靶標(biāo)、 一維靶標(biāo)、球靶標(biāo)、圓柱體靶標(biāo)等靶標(biāo)類型。采用三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法可以達(dá)到很高 的標(biāo)定精度，但三維靶標(biāo)特征點容易被自身遮擋、其重量大、加工非常困難。與三維靶標(biāo)相 比，二維靶標(biāo)特征點不存在自身遮擋，且二維靶標(biāo)加工容易、精度很高，且便于攜帶，因此 采用二維靶標(biāo)的標(biāo)定方法在標(biāo)定精度和靈活性上具有很大優(yōu)勢，是目前最主要的攝像機(jī)標(biāo)定 方法，有大量的方法涌現(xiàn)。其中最著名的是張正友提出的基于棋盤格靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法， 該方法已經(jīng)被廣泛使用，具有非常好的標(biāo)定效果。但該方法需要靶標(biāo)在圖像中占一定面積且 圖像清晰，這給大視場攝像機(jī)、淺景深攝像機(jī)等攝像機(jī)標(biāo)定帶來了很大困難。采用一維靶標(biāo) 的標(biāo)定方法具有靶標(biāo)形式簡單，可加工較大尺寸等優(yōu)點。但受一維靶標(biāo)特征點特性限制，只 有在使用一定約束條件下一維靶標(biāo)才能完成單攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定，且標(biāo)定精度不高，這也 大大限制了一維靶標(biāo)的適用范圍。球靶標(biāo)不受自身遮擋，因此采用球靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法 非常適合多個不同位置攝像機(jī)的同步標(biāo)定。與球靶標(biāo)類似，基于旋轉(zhuǎn)體靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方 法也存在類似優(yōu)點。但基于這兩類靶標(biāo)的標(biāo)定方法受算法本身限制都存在標(biāo)定精度不足的缺 點。此外，也有很多不需要靶標(biāo)的自標(biāo)定技術(shù)，這些方法有不使用靶標(biāo)的優(yōu)點，被大量的應(yīng) 用在視頻跟蹤、移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航等領(lǐng)域，但標(biāo)定精度一般，不適合應(yīng)用在需要攝像機(jī)高 精度標(biāo)定的場合。

但是，現(xiàn)有主要的攝像機(jī)標(biāo)定方法必須將靶標(biāo)擺放在聚焦空間，且要求靶標(biāo)尺寸足夠大， 同時要求成像清晰，特征點提取精確，才能達(dá)到相對較高的標(biāo)定精度。然而實際特殊場合的 攝像機(jī)不允許上述傳統(tǒng)的標(biāo)定模式，因此，研究一種不受攝像機(jī)聚焦空間約束和靶標(biāo)尺寸限 制，且能在圖像模糊及高噪聲條件下實現(xiàn)攝像機(jī)標(biāo)定的新方法具有非常重要研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于小靶標(biāo)模糊圖像的攝像機(jī)在 線標(biāo)定方法，能夠在極小空間內(nèi)(視場大小5cm×5cm)、采用小尺寸、高精度加工的圓發(fā)光 點靶標(biāo)(如尺寸為2cm×2cm，圓發(fā)光點數(shù)量為10×10的圓發(fā)光點玻璃靶標(biāo))、高圖像噪聲(最 高達(dá)5個像素)情況下實現(xiàn)攝像機(jī)超高精度標(biāo)定。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于小靶標(biāo)模糊圖像的攝像機(jī)在線標(biāo)定方法，該方法包括：