[發明專利]一種基于平面靶標組合的大視場相機標定方法

有效

• 申請號: 201911389366.1
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111179357B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 崔海華;田威;張小迪;廖文和;張益華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 蘇一幟

1.一種基于平面靶標組合的大視場相機標定方法，其特征在于，包括：

在改變視場中放置的各個靶標的位置和角度后，獲取標定圖像；

利用各個靶標平面相對于相機成像平面的單應性變換矩陣，對各個靶標平面相對于基準靶標平面進行單應性變換，得到各個靶標的虛擬特征點坐標，其中，基準靶標所在平面為所述基準靶標平面，每一個靶標對應一個靶標平面；

利用所述虛擬特征點坐標構造虛擬靶標，并在修正各個靶標上的特征點的重投影誤差后，獲取相機標定參數；

所述利用各個靶標平面相對于相機成像平面的單應性變換矩陣，對各個靶標平面相對于基準靶標平面進行單應性變換，得到各個靶標的虛擬特征點坐標，包括：

選取所述視場中放置的第一靶標作為基準靶標，所述第一靶標所在平面為所述基準靶標平面；

獲得所述第一靶標之外所有靶標的特征點在基準靶標平面的虛擬特征點坐標；

所述獲得所述第一靶標之外所有靶標的特征點在基準靶標平面的虛擬特征點坐標，包括：

確定第一單應性矩陣和第二單應性矩陣，所述第一單應性矩陣表示基準靶標平面到所述相機成像平面的變換，所述第二單應性矩陣表示其它靶標平面到所述相機成像平面的變換，所述其它靶標包括：所述視場中放置的除了基準靶標之外的靶標；

利用所述第一單應性矩陣和所述第二單應性矩陣，將所述其它靶標的特征點進行坐標轉換，映射至所述基準靶標平面的坐標系，以便于通過平面靶標組合構造大型靶標，其中包括：

根據相機成像的線性模型得到：

進一步根據(2)和(3)得到映射關系，其中，p_1k、p_jk分別為位于基準靶標與靶標j的第k個特征點，表示與p_1k、p_jk對應齊次坐標；q_1k、q_jk分別為p_1k、p_jk所對應的圖像點，表示對應齊次坐標，特征點p_jk在基準靶標平面的投影點p′_jk作為p_jk通過單應性變換在基準靶標平面形成的虛擬特征點，表示對應齊次坐標，A為相機內參，各個靶標均處在自身坐標系下Z＝0的平面上；s₁為比例因子；r₁₁、r₁₂與t₁分別為基準靶標坐標系到相機坐標系的旋轉矩陣列向量與平移向量；s_j、r_j1、r_j2、t_j分別為靶標j坐標系到相機坐標系的旋轉矩陣列向量與平移向量；

所述映射關系表示為：

表示最終求取的虛擬特征點，H₁為描述基準靶標平面到相機成像平面變換的單應性矩陣，H_j為描述其他靶標平面到圖像平面變換的單應性矩陣；則為描述其他靶標平面到基準靶標平面變換的單應性矩陣，其中，取基準靶標坐標系為世界坐標系，通過單應性矩陣T_j將其它靶標的特征點進行坐標轉換，統一至世界坐標系下。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在改變視場中放置的各個靶標的位置和角度后，獲取標定圖像，包括：

在每一個變動周期中，分別改變一次所述視場中放置的各個靶標的位置和角度，并獲取標定圖像，重復n次變動周期，得到n幅標定圖像，其中，在變動周期開始前，所述視場中的各個靶標為自由放置，n為正整數。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，n≥10。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在修正各個靶標上的特征點的重投影誤差后，獲取相機標定參數，包括：

獲取左相機內外參數集合和右相機內外參數集合，其中，左相機內外參數集合，包括：左相機內參矩陣，左相機第一階和第二階徑向畸變系數，左相機第一階和第二階切向畸變系數，左相機外參矩陣，右相機內外參數集合，包括：右相機內參矩陣，右相機第一階和第二階徑向畸變系數，右相機第一階和第二階切向畸變系數，右相機外參矩陣，所有的畸變系數的初始值為0；

利用所述左相機內外參數集合和所述右相機內外參數集合，獲取左右相機的相對位置；

通過LM算法對相機參數進行優化，得到優化后的左相機內外參數集合、右相機內外參數集合和左右相機的相對位置。