[發明專利]一種高精度的相機-單激光儀聯合標定方法

在審

• 申請號: 202010584894.9
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111815712A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 宋妍;涂宇鴻;周圓銹;劉帆
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/13;G01S17/08
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 易濱

1.一種高精度的相機-單激光儀聯合標定方法，其特征在于：具體包括：以下步驟

S101：固定相機和激光儀的相對位姿關系，并打開相機和激光儀；

S102：保持單激光儀的激光束落在棋盤格，并通過相機采集不同姿態的棋盤格圖片，得到標定圖片集；

S103：根據采集到的標定圖片集，利用張正友標定法，求解得到相機的內參數、外參數和相機標定的平均重投影誤差RMSE；

S104：采用基于局部效應的亞像素元邊緣提取方法得到激光束投影至棋盤格的激光點邊緣范圍；

S105：根據所述激光點邊緣范圍計算得到激光點像素級幾何中心；

S106：根據所述激光點邊緣范圍計算得到激光點像素級幾何中心和步驟S103中所述的相機的內參數、外參數，計算得到激光測距信息；

S107：將所述平均重投影誤差RMSE和所述激光測距信息作為標定圖片集中每一張棋盤格圖片的綜合能量判據；

S108：利用綜合能量判據對標定圖片集進行篩選和處理，得到篩選和處理后的標定圖片集；

S109：利用篩選和處理后的標定圖片集重新依次進行張正友標定實驗和基于唐慶博提出的相機-單激光標定實驗，得到初步相機-單激光互標定結果，即單激光儀的激光發射口在相機坐標系下的坐標和激光束的直線方程；

S110：根據單激光儀的激光發射口在相機坐標系下的坐標和激光束的直線方程，結合單激光儀的測距值，對激光點坐標以及單激光儀的測距值進行校正，得到距離校正后的測距值；

S111：將相機的內參數、單激光儀的激光發射口在相機坐標系下的坐標和激光束的直線方程和真實的距離值作為相機-單激光儀互標定的最終結果，對小行星模型進行三維數據采樣，并利用軟件Smart3D和3dMax進行三維重建，得到小行星三維模型。

2.如權利要求1所述的一種高精度的相機-單激光儀聯合標定方法，其特征在于：步驟S102具體為：從近至遠或者由遠及近的移動棋盤格，同時調整棋盤格的方位，包括左右旋轉、上下旋轉和前后俯仰，共采集l張圖片；l的取值范圍為[c,d]；c，d均為預設值。

3.如權利要求1所述的一種高精度的相機-單激光儀聯合標定方法，其特征在于：步驟S104中所述激光點邊緣范圍為N個由不同的擬合的二元一次方程與預設的窗口相交形成的亞像元點共同形成的封閉曲線，其具體計算過程如下：

所述擬合的二元一次方程的表如式(1)所示：

y＝a_k+b_kx (1)

式(1)中，各系數的表達式如式(2)所述：

式(2)中，k表示擬合的二元一次方程的編號，k的取值范圍為1,2，...,N；h為像元的邊長；S_L、S_M、S_R分別表示以像元(i_k,j_k)為中心，設置的一個5×3窗口的最左列窗口像元強度、中間列窗口像元強度和最右列窗口像元強度，其計算方式為將圖像灰度化后對應列的五個像素的像元值求和：像元(i_k,j_k)為擬合的第k個二元一次方程上的任意一點；A、B分別為邊緣直線,即擬合的二元一次方程兩側的兩個勻質區域像元強度，計算過程具體如下：

當像元(i_k,j_k)在x方向的梯度與y方向的梯度的乘積在-1到1 之間，包括端點時，A和B的計算式如式(3)：

式(3)中，表示邊緣上像元(i_k,j_k)的強度；S_A和S_B分別表示該像元中不同強度A和B所占的面積，即分別為強度A和強度B的像元總個數，為已知值；m的取值如式(4)所示：

由式(2)、(3)和(4)計算得到a，b，并得到二元一次方程與設置5×3窗口的亞像元點坐標(i_k，j_k+a_k)；

當像元(i_k,j_k)在x方向的梯度與y方向的梯度的乘積絕對值大于1時，改變窗口方向，即以像元(i_k,j_k)為中心設置為3×5的窗口，A和B的計算式如式(5)

m的取值仍然如式(4)所示；

由式(2)、(4)和(5)計算得到a_k，b_k，并得到二元一次方程與設置3×5窗口的亞像元點坐標(i_k+a_k，j_k)。