[發明專利]一種自適應的雙目相機標定方法

在審

• 申請號: 202111159656.4
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113870364A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 張晉東;馮天琦
• 申請（專利權）人: 吉林大學重慶研究院
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 北京君瑯知識產權代理有限公司 16017
• 代理人: 陳建

1.一種自適應的雙目相機標定方法，其特征在于，具體過程為：

S1、確定標定板在橫縱方向上的角點數以及標定板上角點間的間距；確定左相機和右相機拍攝照片的保存路徑；確定左相機和右相機進行標定所使用的圖片數量，并定義標定圖片所使用的圖片大小以及標定結果的保存路徑；使用雙目相機在各個不同角度分別拍攝設定數量的棋盤格圖片，要求圖片中作為標定板的棋盤格為完整棋盤格；將左相機和右相機獲得的棋盤格圖片分別儲存；

S2、角點搜索：

將棋盤格圖片統一調整至設定的分辨率，并轉為灰度圖；利用Harris算法搜索確定棋盤格圖片中的角點位置；利用亞像素精確化方法對獲得的角點位置進行精確化，進而獲得角點的圖像坐標；

S3、對左相機、右相機分別進行單目標定：

利用左相機、右相機拍攝的標定板的圖像的像素坐標，和標定板的世界坐標，求解角點由世界坐標系轉換到像素坐標系的投影矩陣M；設相機的像素標系為以圖像左上角為原點的坐標系Mp(x,y)，世界坐標系為以標定板左上角的角點坐標為原點的坐標系Mw(x,y,z)；因此，由世界坐標系轉換到像素坐標系的過程表示為：

M_p＝MM_w

圖像由世界坐標系轉換為像素坐標系，包括由世界坐標系轉換為相機坐標系Mc、由相機坐標系轉換為圖像坐標系Mxy、由圖像坐標系轉換為像素坐標系Mp三個過程；

(1)由世界坐標系轉換到相機坐標系：

設旋轉矩陣為R，平移矩陣為T；

圖像由世界坐標系轉換到相機坐標系的投影矩陣M₁由R與T組成，即

即圖像由世界坐標系轉換到相機坐標系的過程為M_c＝M₁M_w，M_c表示相機坐標系下的圖像，M_w表示世界坐標系下的圖像；

(2)由相機坐標系轉換到圖像坐標系：

將相機坐標系視為與圖像坐標系在同一平面上，設圖像坐標系下的坐標為M_xy(x，y)，則可表示為：

Xc、Yc、Zc為角點在相機坐標系下的圖像坐標；

則用矩陣乘法可表示為：

設變換使用的矩陣為M2，則由相機坐標系轉換為圖像坐標系的過程表示為：

M_xy＝M₂M_c

(3)由圖像坐標系到像素坐標系：

由于圖像坐標系的原點在圖像的中心點，像素坐標系將圖像的左上角設為原點，以向右和向下作為x和y軸正向；設cx、cy為圖像坐標系原點在像素坐標系下的坐標，fx、fy分別為x、y軸每毫米代表的像素數，設(u，v)為角點在像素坐標系下的坐標，按下式由圖像坐標系轉換到像素坐標系：

即可以表示為M_t＝M₃M_xy；

因此，圖像由世界坐標系到像素坐標系的投影矩陣M＝M₃M₂M₁，其中未知量包括旋轉矩陣R、平移矩陣T，以及fx、fy，cx、cy和焦距f；通過相機標定可解出以上未知量；

(4)相機的畸變

相機畸變模型如下：

即相機真實坐標與理想坐標間的泰勒展開式；x_distorted和y_distorted為像素點在圖像中的坐標，x與y為理想情況下的坐標，r²＝x²+y²；

由此，相機標定即為利用角點搜索函數獲得的角點的像素坐標和角點的世界坐標求解未知量R，T，fx，fy，cx，cy，以及徑向畸變k，得到相機的內參矩陣、外參矩陣和畸變矩陣；

S4、角點世界坐標的計算：

根據張友正標定法，設以棋盤格左上角第一個角點為坐標原點，以棋盤格邊為x軸、y軸正方向，以垂直棋盤格為z軸，令棋盤格置于z＝0的平面上，以1mm為一個坐標單位，則每個角點的坐標表示為：

(x_n1,y_n2,z_n3)＝(n1×N,n2×N,n3×N)

其中，N為兩個角點之間的間距；

S5、雙目相機標定：

設根據單目標定所得到的左相機和右相機外參矩陣分別為R_r，T_r和R_l，T_l；那么，左相機和右相機之間的關系矩陣可以表示為：

S6、數據保存：

完成對相機的單目以及雙目標定后，分別對獲取的標定結果進行保存。