[發(fā)明專利]一種基于消失點運算的相機標定法

在審

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• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110766763A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設計）人: 朱宇揚
• 申請（專利權）人: 朱宇揚
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于3D視覺測量領域，一種基于消失點運算的相機標定法。本方法利用帶有相互垂直的兩組平行線特征的標定物，雙目相機從不同位置拍圖；利用兩組平行線在像平面形成的消失點到光心的連線也垂直的特點，進行運算，標定相機的內部參數。再利用消失點到光心連線與光軸的夾角，以及標定物的大小，計算雙相機的角度及位置，從而標定出相機的外部參數。本方法算法簡單直接，精度可靠。能大幅降低應用上的對接難度，有利于3D視覺技術的廣泛推廣。

技術領域

本發(fā)明屬于3D視覺測量領域，一種基于消失點運算的雙目相機內參及外參的標定方法。

背景技術

在3D視覺測量中，為得到物體的三維數據，首先需要對雙相機進行參數標定，得到相機的像心、像距，雙相機的相互位置等參數，然后利用這些參數才能計算待測物的真實三維坐標。因此，在3D視覺測量中，雙相機標定方法的可行性、準確性、穩(wěn)定性顯得十分關鍵！目前的相機標定方法中，傳統相機標定法，使用三維或平面型標定物，使用復雜的數學模型及算法，難于廣泛應用。主動視覺自標定法，標定物簡單，但需要相機作直線運動、正交、旋轉等特定的精確運動，實驗條件要求高，標定設施昂貴。

本方法結合傳統標定法與主動標定法，使用現有技術易于制作的標定物，結合消失點的特性進行運算，得到算法簡單，精度穩(wěn)定可靠的相機標定法。能大幅降低應用上的對接難度，有利于3D視覺技術的推廣。可廣泛應用于3D測距、3D人臉、地形掃描、車輛定位、建筑物體積計算等。

發(fā)明內容

基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種更為易于應用，算法簡單可靠的雙目相機標定方法。為達到上述目的，本發(fā)明提供技術方案如下：

S1：標定物上帶有相互垂直的兩組平行線特征，雙目相機從不同位置對標定物進行拍圖；

S2：利用相互垂直的兩組平行線，其消失點到光心連線也垂直的特點進行運算，標定相機內部參數；

S3：利用消失點到光心連線與光軸的夾角，以及標定物的大小，計算雙相機的角度及位置，標定相機外部參數。

步驟S1

標定物具有兩組已知的平行線特征，且這兩組平行線特征相互垂直，如方格板、矩形陣列的圓點陣列板、方形地板磚、建筑墻面或立方形體等。雙目相機安裝好后，在保證清晰、明亮的條件下，從多個角度對標定物拍照，拍攝3張以上。

步驟S2

本步驟標定內參：像心坐標C（Xc，Yc），像距F，像元尺寸S。

根據平行線消失點的重要性質：消失點到光心的連線，與形成該消失點的平行線平行。

所以，對于相互垂直的兩組平行線，其形成的兩個消失點到光心的連線也垂直。根據這一特性，在此引入向量的數量積運算，即兩垂直向量的數量積為0，以此求解相機內參。

1、如圖3所示，設像平面為基準平面，最左下角像元點為零點。求解相機內參，需要將像元坐標與實際空間坐標進行變換。若測得兩消失點A，B在像平面上所處的像元坐標為（U₁,V₁）、（U₂,V₂）。引入像元物理尺寸S，則兩消失點的實際空間坐標為A（U₁S,V₁S,0）、B（U₂S,V₂S,0）。

像心坐標為C（Xc，Yc，0），像距為F，光心O的空間坐標為（Xc，Yc，F），則OA，OB的向量a,b表示如下：

a=（U₁S-Xc，V₁S-Yc，-F），b=（U₂S-Xc，V₂S-Yc，-F）

因OA垂直O(jiān)B，所以a·b=0，即：