[發(fā)明專利]一種基于相機坐標系的線性標定系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910228652.3
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN109934878B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁尚文;王純賢
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發(fā)明公開了一種基于相機坐標系的線性標定系統(tǒng)及其方法，其系統(tǒng)包括：坐標系構(gòu)建模塊、像點位置偏移估計模塊、焦距計算模塊、相機參數(shù)計算模塊和靶標點的位置計算模塊；坐標系構(gòu)建模塊、像點位置偏移估計模塊用于成像點位置偏移量的理論估計量，基于成像點實際坐標和成像點理論估計量坐標誤差建立目標函數(shù)，對目標函數(shù)關(guān)于相機內(nèi)參數(shù)求偏導，給出相機內(nèi)參數(shù)線性算法。本發(fā)明解決了相機內(nèi)參數(shù)、外參數(shù)計算之間存在耦合問題，簡化相機標定參數(shù)計算模型，提高相機標定結(jié)果的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視覺測量、人工智能算法和相機標定領(lǐng)域，特別是涉及一種以相機坐標系為參照系的相機標定系統(tǒng)及其線性標定算法。

背景技術(shù)

相機標定是計算機視覺領(lǐng)域中的一項重要研究課題，是實現(xiàn)3D重建、視覺測量的基礎(chǔ)。張正友提出的基于平面模板的相機標定技術(shù)受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用(文獻：ZhangZ.Aflexible new technique for camera calibration[J].IEEE Trans Pattern AnalMach Intell2000；22(11):1330–1334)。該方法的標定模板制作簡單，能夠利用非線性迭代算法求解得到相機內(nèi)、外參數(shù)。然而該方法需要采集至少三張不同方向的標定模板圖像。該方法中建立的目標函數(shù)不僅有待求解的相機內(nèi)參數(shù)，還有相機外參數(shù)(相機在世界坐標系下的位置與姿態(tài)六個未知參數(shù)，簡稱相機外參數(shù))和相機鏡頭畸變系數(shù)。相機標定需要求解較多未知參數(shù)，使得滿足目標函數(shù)最優(yōu)值的迭代求解增加困難。參數(shù)之間求解問題存在耦合現(xiàn)象，并且標定精度極大的依賴初始值的選取，導致標定結(jié)果不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種基于相機坐標系的線性標定系統(tǒng)及其方法，以期能解決相機內(nèi)參，外參數(shù)之間存在耦合問題，簡化相機標定參數(shù)計算模型從而能直接獲得出相機內(nèi)參數(shù)。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種基于相機坐標系的線性標定系統(tǒng)的特點包括：坐標系構(gòu)建模塊、焦距計算模塊、像點位置偏移估計模塊、相機參數(shù)計算模塊和靶標點的位置計算模塊；

所述坐標系構(gòu)建模塊用于將相機的光軸中心與靶標圓心C設(shè)置在同一水平軸線上，并使得靶標面與相機圖像平面平行；

以光心為坐標原點O_c，X_c軸與Y_c軸分別和相機圖像的兩邊平行，以相機的光軸為Z_c軸，按照右手法則，建立相機坐標系O_c-X_cY_cZ_c；

以靶標圓的圓心C為坐標原點O，靶標圓的X軸與Y軸分別與相機坐標系O_c-X_cY_cZ_c的X_c軸與Y_c軸平行，建立靶標坐標系O-XY；

以相機成像平面的中心點為原點o，以水平向右為x軸正方向，垂直向下為y軸正方向，建立成像坐標系o-xy；

所述焦距計算模塊用于計算測量的平均焦距f；

所述像點位置偏移估計模塊通過成像坐標系o-xy下理想成像點的位置偏移獲得實際成像點的位置估計量；

所述相機參數(shù)計算模塊用于建立誤差平方和目標函數(shù)，并通過對目標函數(shù)中的相機內(nèi)參數(shù)求偏導，得到相機內(nèi)參數(shù){k₁,k₂,c_x,c_y}，以實現(xiàn)相機標定，其中，k₁和k₂分別為水平方向和垂直方向上的鏡頭畸變系數(shù)，c_x和c_y為透鏡中心點在成像坐標系o-xy下的橫坐標和縱坐標；