[發明專利]一種面向環形多相機系統的立體標定板標定方法

有效

• 申請號: 202110040214.1
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112381893B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 曾向榮;鐘志偉;劉衍;張政
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 長沙大珂知識產權代理事務所(普通合伙) 43236
• 代理人: 伍志祥

本發明公開了一種面向環形多相機系統的立體標定板標定方法，立體標定板是由六個面構成的正立方體結構，立體標定板的各個靶標平面上中心附著不同的AprilTags標記，用于識別不同的面和當前面的方向角度，立體標定板的各個靶標平面的AprilTags標記四周附著方形陣列圖案的棋盤格標志，用于高精度的標定相機的內外參數，每一AprilTags標記的四周具有白色環形區域，各個靶標平面之間具有白色區域。本發明立體標定板結構簡單，無需考慮相機的排列次序，采用同一個標定板可以標定多個環形多相機。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，尤其涉及一種面向環形多相機系統的立體標定板標定方法。

背景技術

隨著硬件條件和計算機性能的不斷提升，機器視覺技術廣泛應用于人工智能、視覺測量、機器人技術和圖像處理等，為了獲得立體效果，多相機視覺開始慢慢的進入視野中，如多視覺感知、測量，360°全景拍攝等，相機標定技術是視覺測量技術的關鍵一步，通過相機的標定過程可以快速建立起不同坐標不同維度系統之間準確的位置關系，進一步實現測量對象的位置跟蹤、尺寸測量以及面型重構等。

基于靶標的標定方法，通過建立相機坐標系、靶標坐標系、圖像坐標系和世界坐標系之間的數學模型，以靶標坐標系作為不同相機坐標系之間的紐帶求解出相機之間的位置關系，即通常所說的相機的外參數，包括不同坐標系之間的旋轉矩陣和平移向量。通過相機的針孔模型建立起相機圖像坐標系和靶標之間的線性數學模型，求解出相機的內部參數，包括相機的主點、焦距等。基于靶標的標定方法按照靶標的結構可以分為：一維標定靶標、平面靶標、和立體靶標。其中立體靶標由于工藝復雜，圖像識別困難因此常常為研究的難點。

發明內容

本發明提出的一種面向環形多相機系統的立體標定板標定方法，采用結構簡單的設計利用AprilTags圖形和立方形標記圖案，無需考慮相機的排列次序，采用同一個標定板可以標定多個環形多相機。AprilTags是一個視覺基準庫，在AR，機器人，相機校準領域廣泛使用。通過特定的標志（與二維碼相似，但是降低了復雜度以滿足實時性要求），可以快速地檢測標志，并計算相對位置。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種面向環形多相機系統的立體標定板標定方法，立體標定板是由六個面構成的正立方體結構，所述立體標定板的各個靶標平面上中心附著不同的AprilTags標記，所述立體標定板的各個靶標平面的AprilTags標記四周附著方形陣列圖案的棋盤格標志，每一AprilTags標記的四周具有白色環形區域，各個靶標平面之間具有白色區域；

所述立體標定板標定方法包括：

S1：識別AprilTags標記，獲取對應AprilTags序號、方位、估計相機的內外參數，此為相機內外參數一，再對靶標平面的區域進行定位；

S2：識別棋盤格標志，獲取高精度的相機內外參數，此為相機內外參數二；

S3：融合識別AprilTags標記的獲取結果和識別棋盤格標志的獲取結果，得到相機內外參數三，提高了相機內外參數的精度；融合方法采用了加權平均法、卡爾曼濾波法、多貝葉斯估計法、D-S證據推理方法、人工神經網絡法中的任意一種。

優選的，步驟S1中識別AprilTags標記的具體步驟包括：

S11：采用相機檢測場景中的圖像，對圖像二值化后計算梯度值和梯度方向，并對其進行聚類集成具有相似方向和幅度的分量，聚類完成后，使用最小二乘法將線段擬合到每個連接的組件；

S12：按梯度幅度對每個點進行加權，調整每個線段，使Tags轉化為了一組有向線段，再計算四邊形的線段序列，通過不斷調整閾值來處理遮擋問題和分割誤差的魯棒性；

S13：計算AprilTags與相機的距離和角度，采用的投影矩陣估計相機方法為：