[發明專利]基于編碼平面靶標的單目攝像機智能標定方法

有效

• 申請號: 202110386596.3
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113096191B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 朱華炳;殷玉龍;楊霈;楊昭輝
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/66;G06T7/70;G06T7/187;G06T5/30
• 代理公司: 合肥律通專利代理事務所(普通合伙) 34140
• 代理人: 趙春海

1.基于編碼平面靶標的單目攝像機智能標定方法，其特征在于：所述編碼平面靶標由平行四邊形編碼單元和平行四邊形非編碼單元交替組成的編碼棋盤格構成，所述編碼平面靶標以任意對角相連的平行四邊形編碼單元的交點作為編碼平面靶標的標定角點，所述編碼平面靶標一共包含M行×N列個標定角點，其中M和N均為正整數；編碼平面靶標中每一個平行四邊形編碼單元的內部設置有編碼圖案，編碼圖案包括定位圖案、定向圖案和編碼標志圖案，其中編碼標志圖案又由多個編碼單元圖案組成；由定向圖案和定位圖案可實現編碼平面靶標旋轉方向的判斷；編碼標志圖案則是用于給編碼平面靶標中每一個標定角點進行編碼；

所述編碼平面靶標中每一個平行四邊形編碼單元內部的定位圖案、定向圖案和編碼單元圖案均不重疊且不連通；

該標定方法包括以下主要步驟：

步驟1、定義標定圖像總數G，其中G為整數且G＞3；定義旋轉閾值k₁和平移閾值k₂；定義編碼平面靶標圖像中標定角點個數閾值k₃；定義整數變量α、整數變量β、整數變量i′，并初始化α＝1,β＝0，i′＝0；

步驟2、以所述攝像機的光心作為攝像機坐標系的原點O_c，以標定角點像素坐標系的x軸方向為攝像機坐標系的X_c軸方向，以標定角點像素坐標系的y軸方向作為攝像機坐標系的Y_c軸方向，且所述攝像機坐標系的X_c軸、Y_c軸和Z_c軸滿足右手定則，從而建立所述攝像機坐標系O_c-X_cY_cZ_c；

步驟3、利用位置固定的攝像機實時拍攝空間中移動的編碼平面靶標，獲得靶標圖像；

步驟4、將所述靶標圖像為第α個移動位置上的編碼平面靶標經過攝像機進行成像時所得的圖像記為第α幅靶標圖像；

步驟5、以所述靶標圖像的左上角作為標定角點像素坐標系的原點o，自左向右作為所述標定角點像素坐標系的x軸方向，自上向下作為所述標定角點像素坐標系的y軸方向，從而建立標定角點像素坐標系o-xy；

步驟6、根據第α個移動位置上的編碼平面靶標上的第1行第1個平行四邊形編碼單元的4個頂點中是標定角點的個數為Φ_p情況，建立對應的第α個靶標坐標系

步驟7、將第α幅靶標圖像進行復制備份得到第α幅復制靶標圖像；

步驟8、將第α幅復制靶標圖像作為輸入條件，利用編碼平面靶標的解碼方法獲得第α幅復制靶標圖像上的標定角點在標定角點像素坐標系o-xy下的亞像素坐標值、第α幅復制靶標圖像上提取到的標定角點的個數γ^(α)、第α幅復制靶標圖像中提取到的每個標定角點的唯一編碼序號以及第α幅復制靶標圖像中提取到的所有標定角點在標定角點像素坐標系o-xy下的亞像素級坐標和與之一一對應的空間中第α個移動位置上的編碼平面靶標上具有相同唯一編碼序號的標定角點在所述第α個靶標坐標系下的靶標坐標之間的匹配關系，其中γ^(α)為正整數；

步驟9、判斷第α幅復制靶標圖像上提取的標定角點的個數γ^(α)是否小于標定角點個數閾值k₃；若γ^(α)＜k₃，則執行步驟14；

步驟10、將第α幅復制靶標圖像中提取到的所有標定角點在標定角點像素坐標系o-xy下的亞像素級坐標和與之一一對應的空間中第α個移動位置上的編碼平面靶標上具有相同唯一編碼序號的標定角點在所述第α個靶標坐標系下的靶標坐標之間的匹配關系記為第α個標定角點亞像素級坐標與靶標坐標的匹配組；

步驟11、將第α個標定角點亞像素級坐標與靶標坐標的匹配組作為輸入條件，利用編碼平面靶標空間姿態判斷法獲得返回的姿態判斷值J_p，若J_p＝＝1則從執行步驟12順序執行；否則執行步驟14；

步驟12、將α的值賦值給i′，i′＝α，將β+1賦值給β，將所述第α幅靶標圖像作為第β幅標定圖像，并將第α個標定角點亞像素級坐標與靶標坐標的匹配組作為第β個標定角點亞像素級坐標與靶標坐標的匹配組，同時將第α個靶標旋轉矩陣R_α和第α個靶標平移矩陣T_α分別賦值給第β個標定旋轉矩陣R′_β和第β個標定平移矩陣T′_β；

步驟13、判斷β是否等于標定圖像總數G；若β＝＝G，則獲得了G幅標定圖像和G個標定角點亞像素級坐標與靶標坐標的匹配組；否則執行步驟14；

步驟14、將α+1賦值給α，返回步驟4順序執行；

步驟15、根據所述G個標定角點亞像素級坐標與靶標坐標的匹配組，利用張正友攝像機標定算法計算出所述攝像機的內外參數。