[發明專利]基于線光場的汽車檢測無公共視場相機全局標定方法與系統

有效

• 申請號: 202011335534.1
• 申請日: 2020-11-22
• 公開（公告）號: CN112288827B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 徐觀;沈慧;李曉韜;張立斌;陳熔;劉玉梅;林慧英;戴建國;單紅梅;朱堯平;賀微;陳芳
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 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

1.一種基于線光場的汽車檢測無公共視場相機全局標定方法，其特征在于，所述的基于線光場的汽車檢測無公共視場相機全局標定方法的具體步驟如下：

第一步：基于線光場的汽車檢測無公共視場相機全局標定的圖像采集和解算從圓柱靶標(8)到第一攝像機(3)及第二攝像機(5)坐標系轉換的單應矩陣：

將第一攝像機支架(4)、第二攝像機支架(6)放置在地面上，第一攝像機(3)和第二攝像機(5)分別固定第一攝像機支架(4)、第二攝像機支架(6)上，根據汽車檢測對大檢測范圍的需要，第一攝像機(3)和第二攝像機(5)無公共視場，激光器安裝塊支架(2)放置在地面上，激光器安裝塊(1)固定在激光器安裝塊支架(2)上，一組線激光器(7)固定在激光器安裝塊(1)上，將圓柱靶標(8)移入第一攝像機(3)視場范圍內，第一攝像機(3)采集一幅包括圓柱靶標(8)圖像用于標定第一攝像機(3)，打開所有線激光器(7)，第一攝像機(3)繼續采集一幅包括圓柱靶標(8)以及線激光器(7)發出的激光線與圓柱靶標(8)表面相交的投影激光線的圖像，移動圓柱靶標(8)，第一攝像機(3)繼續采集j(j＝1，2，…n)幅圖像；將圓柱靶標(8)移入第二攝像機(5)視場范圍內，第二攝像機(5)采集一幅包括圓柱靶標(8)以及線激光器(7)發出的激光線與圓柱靶標(8)表面相交的投影激光線的圖像，移動圓柱靶標(8) ，第二攝像機(5)繼續采集j(j＝1，2...n)幅圖像；關閉所有線激光器(7)，第二攝像機(5)繼續采集一幅包括圓柱靶標(8)圖像用于標定第二攝像機(5)；

圓柱靶標(8)坐標系與第一攝像機(3)獲取的圖像坐標系的轉換關系為

P_T1，I1Y_T1，k＝sy_T1，k

利用RANSAC點提取算法和DLT標定方法可求得投影矩陣P_T1，I1＝A_T1，I1[R_T1，I1 t_T1，I1]，A_T1，I1是第一攝像機(3)的內參數，R_T1，I1，t_T1，I1是根據QR分解獲得的第一攝像機(3)的外參數，y_T1，k為圓柱靶標(8)特征點Y_T1，k在第一攝像機(3)獲取的圖像下的圖像坐標，j表示圓柱靶標(8)上的第k個特征點，由旋轉矩陣R_T1，I1和平移向量t_T1，I1可求得圓柱靶標(8)在第一攝像機(3)視場下的坐標系與第一攝像機(3)坐標系轉換的單應矩陣為

圓柱靶標(8)坐標系與第二攝像機(5)獲取的圖像坐標系的轉換關系為

P_T2，I2Y_T2，k＝sy_T2，k

利用RANSAC點提取算法和DLT的標定方法可求得投影矩陣P_T2，I2＝A_T2，I2[R_T2，I2 t_T2，I2]，A_T2，I2是第二攝像機(5)的內參數，R_T2，I2，t_T2，I2是根據QR分解獲得的第二攝像機(5)的外參數，y_T2，k為圓柱靶標(8)特征點Y_T2，k在第二攝像機(5)獲取的圖像下的圖像坐標，由旋轉矩陣R_T2，I2和平移向量t_T2，I2可求得圓柱靶標(8)在第二攝像機(5)視場下的坐標系與第二攝像機(5)坐標系轉換的單應矩陣為

第二步：當打開線激光器(7)且圓柱靶標(8)在第一攝像機(3)視場內時，根據第一攝像機(3)采集的j幅圖像，解算激光線在第一攝像機(3)坐標系下的Plücker坐標：

根據圓柱靶標(8)坐標系與第一攝像機(3)獲取的圖像坐標系的轉換關系

P_T1，I1A_Li，j＝sa_Li，j

以及點在圓柱靶標(8)上的條件

[A_Li，j(1)]²+[A_Li，j(2)]²＝r²

可以求得A_Li，j＝[A_Li，j(1) A_Li，j(2) A_Li，j(3) 1]^T，其中A_Li，j為圓柱靶標(8)與線激光器(7)發出的激光線相交而成的激光特征點在圓柱靶標(8)坐標系下的坐標，a_Li，j為激光特征點A_Li，j第一攝像機(3)獲取的圖像下的圖像坐標，i(i＝1，2，…m)表示有i條激光線，j(j＝1，2，…n)表示第i條激光線是由j個特征點構成的，r為圓柱靶標(8)的半徑；

再利用第一步中求得單應矩陣K_T1，C1，可求得激光特征點激光特征點在第一攝像機(3)坐標系下的坐標為

選取激光特征點計算激光線L^a_i初始參數值：

令由已知空間直線L^a_i初始參數值以及點到直線距離最短對空間直線L^a_i進行最小二乘化法優化，優化函數如下：

獲得空間直線L^a_i優化參數值a_i，1，a_i，2，a_i，3，a_i，4，a_i，5，a_i，6，并表示為在第一攝像機(3)坐標系下的Plücker坐標：

第三步：當打開線激光器(7)且圓柱靶標(8)在第二攝像機(5)視場內時，根據第二攝像機(5)采集的j幅圖像，解算激光線在第二攝像機(5)坐標系下的Plücker坐標：

根據圓柱靶標(8)坐標系與第二攝像機5獲取的圖像坐標系的轉換關系

P_T2，I2B_Li，j＝sb_Li，j

以及點在圓柱靶標(8)上的條件

[B_Li，j(1)]²+[B_Li，j(2)]²＝r²

可以求得B_Li，j＝[B_Li，j(1) B_Li，j(2) B_Li，j(3) 1]^T，其中B_Li，j為圓柱靶標(8)與線激光器(7)發出的激光線相交而成的激光特征點在圓柱靶標(8)坐標系下的坐標，b_Li，j為激光特征點B_Li，j第二攝像機(5)獲取的圖像下的圖像坐標，i(i＝1，2，…m)表示有i條激光線，j(j＝1，2，…n)表示第i條激光線是由j個特征點構成的，r為圓柱靶標(8)的半徑；

再利用第一步中求得單應矩陣K_T2，C2，可求得激光特征點激光特征點在第二攝像機(5)坐標系下的坐標為

選取激光特征點計算激光線L^b_i初始參數值：

令由已知空間直線L^b_i初始參數值以及點到直線距離最短對空間直線L^a_i進行最小二乘化法優化，優化函數如下：

獲得空間直線L^b_i優化參數值b_i，1，b_i，2，b_i，3，b_i，4，b_i，5，b_i，6，并表示為在第二攝像機(5)坐標系下的Plücker坐標：

第四步：第一攝像機(3)坐標系與第二攝像機(5)坐標系轉換矩陣的解算：

根據激光線L^a_i，L^b_i的Plücker坐標為反對稱矩陣，可分解為

L^a_i＝U_a，iBU_a，i^T

其中由于L^a_i，L^b_i分別為同一條激光線在第一攝像機(3)與第二攝像機(5)坐標系下的Plücker坐標，故有

K_C1C2，i為第二攝像機(5)到第一攝像機(3)坐標系之間的單應矩陣

K_C1C2，i＝U_a，iU_b，i^-1。

2.按照權利要求1所述的基于線光場的汽車檢測無公共視場相機全局標定方法的標定系統，包括有激光器安裝塊(1)、激光器安裝塊支架(2)、第一攝像機(3)、第一攝像機支架(4)、第二攝像機(5)、第二攝像機支架(6)、線激光器(7)與圓柱靶標(8)；

激光器安裝塊支架(2)、第一攝像機支架(4)、第二攝像機支架(6)與圓柱靶標(8)放置在地面上，第一攝像機(3)和第二攝像機(5)通過底部的螺紋孔分別與第一攝像機支架(4)和第二攝像機支架(6)頂部的螺栓螺紋固定連接，第一攝像機(3)和第二攝像機(5)無公共視場，激光器安裝塊(1)與激光器安裝塊支架(2)頂部的螺栓螺紋固定連接，其特征在于，一組線激光器(7)插入激光器安裝塊(1)的一組通孔中，緊定螺釘旋入激光器安裝塊(1)頂部的螺紋孔，緊定螺釘端部與線激光器(7)圓柱面接觸緊配合。