[發明專利]基于編碼平面靶標的雙目攝像機內外參數的智能標定方法

有效

• 申請號: 202110392335.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113129386B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 殷玉龍;朱華炳;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;G06T7/70
• 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

1.一種基于編碼平面靶標的雙目攝像機內外參數的智能標定方法，其特征在于：包括以下主要步驟：

步驟1、定義左攝像機內參標定圖像總數G₁、右攝像機內參標定圖像總數G₂、雙目攝像機外參標定圖像組總數G₃，其中G₁、G₂、G₃均為整數，且三者滿足G₁≥G₃≥3且G₂≥G₃≥3；定義左攝像機獨立內參標定圖像總數G′₁、右攝像機獨立內參標定圖像總數G′₂，以及雙目攝像機初始外參標定圖像總數G′₃和雙目攝像機優化外參標定圖像總數G″₃，其中G″₃≥1，且G′₃和G″₃滿足G′₃+G″₃＝＝G₃；定義左攝像機旋轉閾值k_r1、左攝像機平移閾值k_t1、右攝像機旋轉閾值k_r2、右攝像機平移閾值k_t2、外參旋轉閾值k_r3、外參平移閾值k_t3、標定角點數閾值k₁和公共標定角點數閾值k₂，其中k₁＞k₂＞3；定義整數變量α、β₁、β₂、β₃、β′₁、β′₂、β′₃、β″₁、i₁、i₂、i₃，并初始化α＝1,β₁＝0,β₂＝0,β₃＝0,β′₁＝0,β′₂＝0,β′₃＝0,β″₁＝0，i₁＝0，i₂＝0，i₃＝0；

步驟2、以左攝像機的光心作為左攝像機坐標系的原點O_l,c，建立所述左攝像機坐標系O_l,c-X_l,cY_l,cZ_l,c；以右攝像機的光心作為右攝像機坐標系的原點O_r,c，建立所述右攝像機坐標系O_r,c-X_r,cY_r,cZ_r,c；

步驟3、以左攝像機靶標圖像的左上角作為左攝像機靶標圖像的標定角點像素坐標系的原點o_l，建立左攝像機靶標圖像的標定角點像素坐標系o_l-x_ly_l；以右攝像機靶標圖像的左上角作為右攝像機靶標圖像的標定角點像素坐標系的原點o_r，建立右攝像機靶標圖像的標定角點像素坐標系o_r-x_ry_r；

步驟4、利用空間中兩臺絕對位置固定且具有公共視場的攝像機同時并實時拍攝空間中移動的編碼平面靶標，將所述左攝像機和右攝像機同時拍攝空間中第α個移動位置上的編碼平面靶標分別獲得的左攝像機靶標圖像和右攝像機靶標圖像記為作為第α組靶標圖像；

步驟5、定義左攝像機內參標定圖像判斷數值右攝像機內參標定圖像判斷數值雙目外參標定姿態判斷數值和雙目外參標定角點判斷數值其中和均為整數變量，并賦予初值

步驟6、建立第α個靶標坐標系

步驟7、將第α組靶標圖像中左攝像機靶標圖像進行復制備份得到第α個左攝像機復制靶標圖像；將第α組靶標圖像中右攝像機靶標圖像進行復制備份得到第α個右攝像機復制靶標圖像；

步驟8、將第α個左攝像機復制靶標圖像和第α個右攝像機復制靶標圖像分別作為輸入條件，利用基于編碼平面靶標的攝像機內參標定預處理方法，獲得返回的左攝像機內參標定圖像判斷數值和右攝像機內參標定圖像判斷數值

步驟9、根據左攝像機內參標定圖像判斷數值和右攝像機內參標定圖像判斷數值的取值進行如下判斷：若且則執行步驟10；若且則執行步驟11.1；若且則執行步驟11.1；若且則執行步驟14；

步驟10、判斷β₃是否等于G₃；若β₃＝＝G₃，則執行步驟11.1；否則執行步驟11.2；

步驟11.1、將整數變量β₁和β′₁作為輸入，利用左攝像機獨立內參圖像判斷方法，判斷第α組靶標圖像中的左攝像機靶標圖像是否可以作為左攝像機獨立內參標定圖像，并且獲得返回的整數變量β₁和β′₁；

將整數變量β₂和β′₂作為輸入，利用右攝像機獨立內參圖像判斷方法，判斷第α組靶標圖像中的右攝像機靶標圖像是否可以作為右攝像機獨立內參標定圖像，并且獲得返回的整數變量β₂和β′₂，而后執行步驟14；

步驟11.2、將第α組靶標圖像中左攝像機靶標圖像再次進行復制備份得到第α個左攝像機二次復制靶標圖像；將第α組靶標圖像中右攝像機靶標圖像再次進行復制備份得到第α個右攝像機二次復制靶標圖像；

將第α個左攝像機二次復制靶標圖像和第α個右攝像機二次復制靶標圖像作為輸入條件，利用基于編碼平面靶標的雙目攝像機外參標定預處理方法，獲得返回的雙目外參標定姿態判斷數值和雙目外參標定角點判斷數值

步驟12、根據雙目外參標定姿態判斷數值進行如下判斷：若則返回步驟11.1順序執行；若則作進一步判斷：當時，執行步驟13.1；當時，執行步驟13.2；

步驟13.1、將β₁、β₂、β₃和β′₃作為輸入條件，利用雙目攝像機初始外參標定圖像判斷方法，判斷第α組靶標圖像中的左攝像機靶標圖像和右像機靶標圖像是否可以分別作為左攝像機初始外參標定圖像和右攝像機初始外參標定圖像，并獲得返回的β₁、β₂、β₃和β′₃；而后執行步驟14；

步驟13.2、將β″₁+1賦值給β″₁，將第α組靶標圖像中左攝像機靶標圖像作為第β″₁個左攝像機優化外參標定圖像，將第α個左攝像機二次復制靶標圖像上提取到的標定角點在左攝像機靶標圖像的標定角點像素坐標系o_l-x_ly_l下的亞像素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作為第β″₁個左攝像機優化外參標定匹配組；同時將第α組靶標圖像中右攝像機靶標圖像作為第β″₁個右攝像機優化外參標定圖像，將第α個右攝像機二次復制靶標圖像上提取到的標定角點在右攝像機靶標圖像的標定角點像素坐標系o_r-x_ry_r下的亞像素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作為第β″₁個右攝像機優化外參標定匹配組；將β₁+1賦值給β₁，將β₂+1賦值給β₂，將β₃+1賦值給β₃；而后執行步驟14；

步驟14、判斷β₁、β₂和β₃是否滿足β₁＝＝G₁且β₂＝＝G₂且β₃＝＝G₃；若滿足，則獲得了G₁幅左攝像機標定圖像和G₁個左攝像機標定匹配組，以及G₂幅右攝像機標定圖像和G₂個右攝像機標定匹配組，執行步驟15；否則，將α+1賦值給α后，返回步驟4順序執行；

步驟15、根據獲得的G₁個左攝像機標定匹配組和G₂個右攝像機標定匹配組，利用張正友標定算法分別計算左攝像機和右攝像機的內參數、畸變系數、每幅左攝像機標定圖像的旋轉矩陣和平移向量、每幅右攝像機標定圖像的旋轉矩陣和平移向量；

步驟16、計算出從左攝像機坐標系變換到右攝像機坐標系的旋轉矩陣R和平移向量T的初始值；

步驟17、利用基于標準長度的優化方法，計算出雙目攝像機外參的精確值R′和T′，一次完成雙目攝像機標定。