[發明專利]一種雙目相機自標定方法

有效

• 申請號: 201911092140.5
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110838148B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 李華兵;楊愷倫;汪凱巍
• 申請（專利權）人: 杭州凌像科技有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種雙目相機自標定方法，該方法利用雙目相機采集的多對自然場景圖像對，經過模糊圖像對去除、重復圖像對去除、關鍵點誤匹配去除和關鍵點平面分布、關鍵點視差分布等處理步驟之后，通過最小化能量函數獲得雙目相機的相對位姿標定結果。該方法不依賴于特定的標定物，不要求特殊的標定場景，具有無約束且高精度的特點。應用此方法可在雙目相機正常工作的同時實現相機間失準的矯正，從而方便而有效地保證雙目相機長期工作時的可靠性。

技術領域

本發明屬于光學成像技術、立體視覺技術、圖像處理技術、計算機視覺技術領域，具體地，涉及一種雙目相機自標定方法。

背景技術

雙目相機是一種重要的立體視覺相機，主要通過雙目匹配算法對兩幅對齊的圖像逐像素進行匹配，并通過三角法計算出每個像素的空間距離。雙目匹配算法要求兩幅圖像行與行對齊，但是由于現實世界中兩個相機無法完全平行，二者的相對位移也不能做到完全水平，因此雙目相機得到的圖像對必須經過矯正才能對齊。圖像對的矯正依賴于相機之間的相對位姿，因此必須對雙目相機進行標定才能保證其正常工作。工作于惡劣環境中的雙目相機，由于會因為震動、沖擊或者外力導致其相對位姿經常性發生變化，因而需要高頻率的標定才能保證其正常工作。

現有的標定方法必須借助于特殊的標定物或特定的環境，對人員操作的要求也相對較多，因而不夠便捷而無法滿足高頻率標定的要求。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種雙目相機自標定方法，無需借助任何特殊物品或環境，亦無須使用者專門幫助，僅通過隨機獲取的若干自然場景圖像對實現對雙目相機位姿的高精度標定。本發明將可以用于雙目相機的日常自我維護，大大提高雙目相機在惡劣環境中的可靠性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種雙目相機自標定方法，具體包括如下步驟：

(1)通過雙目相機采集自然場景的圖像對，并剔除所述圖像對中模糊和低紋理圖像對，留下清晰的圖像對。

(2)在每一對清晰的圖像對中，通過關鍵點提取算法提取關鍵點，通過比較不同圖像對關鍵點的位置，剔除相似的圖像對，并在剩余的每一對圖像對中，分別在左右圖上提取關鍵點。

(3)將提取得到的關鍵點進行匹配，并去除誤匹配的關鍵點對，保留所有圖像對中正確匹配的關鍵點對。

(4)將步驟3中所有圖像對中正確匹配的關鍵點對，通過平面分布和視差分布進行篩選，得到最終的關鍵點對集合。

(5)根據極線約束構造基本矩陣關于關鍵點對位置的代價函數，將經過步驟4篩選得到的最終的關鍵點對集合代入代價函數，所得代價之和為能量函數。

(6)優化基本矩陣的值，使能量函數最小，此時估計的基本矩陣為最終結果，將基本矩陣分解，即可得到相機之間的相對位姿。

進一步地，步驟1中剔除所述圖像對中模糊和低紋理圖像對，該方法具體為：通過尺寸為3×3或5×5的拉普拉斯算子對所述圖像對卷積，得到拉普拉斯響應，再通過統計拉普拉斯響應中像素灰度值的方差和平均值，并設定方差閾值和平均值閾值，當方差小于方差閾值或平均值小于平均值閾值時，認為該圖像對為模糊或者低紋理圖像對，并進行剔除，其中，所述方差閾值設置為400～1000，平均值閾值設置為0～50。

進一步地，步驟2剔除相似的圖像對，該方法具體為：根據圖像對采集的時間順序，在新采集到的圖像對的左圖中提取關鍵點，并與前一幅左圖中的關鍵點匹配，判斷匹配質量最好的前10％～30％關鍵點的平均距離是否小于閾值，若小于，則判定新采集到的圖像對與上一對圖像相似，進而去除。所述閾值的范圍為5～20像素。