[發明專利]一種基于已知相機位置內外參數標定方法

有效

• 申請號: 202110571068.5
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113223095B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 郭凱;葉虎;谷俊豪;陳洪林;趙梓年;田野;燕道華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63660部隊
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 王智紅

本發明屬于機器視覺、攝影測量、SLAM等技術領域，提出了一種基于相機位置內外參數標定方法，該方法只需布設3個標志點，測量相機和標志點位置，拍攝標志點圖像，得到標志點在圖像中的成像位置。在相機主點和焦距未知情況下，建立一個新的相機系統，將求解問題轉換為一個傳統的P3P問題，并通過P3P算法求解中間變量以及中間坐標系與原始坐標系的關系，最后根據中間變量和坐標系間的關系完成相機內外參數求解。本發明相機內外參數的標定方法不需要已知相機內參數，且不增加外標志點數量，適用于相機內參數未知、相機位置固定情形下的相機內外參數標定與視覺測量。

技術領域：

本發明屬于機器視覺、攝影測量、SLAM等技術領域，具體涉及一種相機內外參數標定方法。

背景技術

在機器視覺、攝影測量、SLAM等領域，為實現相機定位、交會測量等功能，需要對相機的內外參數進行標定。相機的內外參數標定方法有很多種，目前有多種基于多個標志點的標定方法，也叫PnP(perspective-n-point)標定方法(n為標志點數量)。內外參數包括相機坐標系相對于世界坐標系的旋轉平移矩陣，以及相機主點、焦距等。當標志點數量小于3時，相機內外參數無法獲取；當標志點數量等于3時，標定方法稱作P3P方法，僅可獲取相機的外參數，但獲取的外參數不唯一，需要另外的信息來確定唯一的外參數(Wang P,Xu G,Wang Z,et al.An efficient solution to the perspective-three-point poseproblem[J].Computer Vision and Image Understanding,2018,166:81-87)；當標志點數量等于4時，標定方法稱作P4Pf方法，可以獲取相機外參數的同時，獲取內參數中的一個參數(Nakano G.A versatile approach for solving PnP,PnPf,and PnPfr problems[C]//European Conference on Computer Vision.Springer,Cham,2016:338-352.)；當標志點數量等于5時，標定方法稱作P5P方法，可以獲取相機外參數的同時，獲取內參數中的三個參數(Triggs B.Camera pose and calibration from 4or 5known 3d points[C]//Proceedings of the Seventh IEEE International Conference on ComputerVision.IEEE,1999,1:278-284.)。可以看到隨著可利用的標志點數量增加，在求解外參數的同時，可求解的內參數數量也在增加。目前的內外參數標定方法中，在求解外參數的同時，如果需要求解部分內參數，至少需要4個標志點，而精確標志點的獲取與維護需要耗費大量的人力物力，比如野外大風環境下，對飛行器姿態進行攝影測量時，對相機進行內外參數標定就必須設置多個標志點，而野外大風環境對標志點的設立帶來嚴峻挑戰。而最低數量的3個標志點，只能求解外參數，且有多解問題。

發明內容

本發明提出了一種基于相機位置的內外參數標定方法，目的是解決現有技術中相機內外參數標定需要的標志點多，且精確標志點的獲取耗費較大，若降至最低3個標志點僅能求解外參數且存在多解的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案包括如下步驟：

步驟1、建立新的世界坐標系及新的3個標志點

根據3個原始2D成像點x_i(u_i,v_i)建立一個新的世界坐標系τ以及該坐標系下3個新的3D標志點位于射線O_cx_i上，且這里d為像元大小；新的世界坐標系叫做其中

為原始像平面像素坐標系的兩條軸，O_τ在射線O_cI上，且O_cI/O_cO_τ＝d，其中I為原始像素坐標系的原點；則新的世界坐標系下得到新的3D標志點為