[發(fā)明專利]一種基于準(zhǔn)三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210157514.2
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114549659A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊琤;方健偉
• 申請（專利權(quán)）人: 子牛智能科技（常熟）有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/13;G06T7/187
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

1.一種基于準(zhǔn)三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟1：在準(zhǔn)三維靶標(biāo)上選取標(biāo)定點(diǎn)，并獲取其世界坐標(biāo)；

步驟2：在攝像機(jī)的視場范圍內(nèi)，自由移動所述準(zhǔn)三維靶標(biāo)至至少2個(gè)位置，并在每個(gè)位置為所述準(zhǔn)三維靶標(biāo)拍攝一幅完整圖像；

步驟3：將所有拍攝圖像平均分割為左半部分和右半部分，并儲存分割后的圖像作為標(biāo)定圖像；

步驟4：空間中所述標(biāo)定點(diǎn)在所述標(biāo)定圖像中對應(yīng)的透視投影為橢圓，提取所有標(biāo)定圖像中的橢圓，并獲取橢圓在圖像坐標(biāo)系下的圖像坐標(biāo)；

步驟5：利用提取的所有圖像坐標(biāo)及對應(yīng)所述標(biāo)定點(diǎn)的世界坐標(biāo)標(biāo)定攝像機(jī)，得到攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于準(zhǔn)三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟1中準(zhǔn)三維靶標(biāo)由兩塊呈預(yù)設(shè)角度的平面靶標(biāo)組合而成；材料為硬鋁；每塊平面靶標(biāo)上有4個(gè)圓孔，排列方式為兩行兩列，圓孔的直徑為30mm，兩個(gè)橫排圓孔的圓心距離均為50mm，兩個(gè)豎排圓孔的圓心距離均為80mm；

選取準(zhǔn)三維靶標(biāo)的兩個(gè)平面靶標(biāo)上的8個(gè)圓孔的圓心作為標(biāo)定點(diǎn)，分別對兩塊平面靶標(biāo)建立世界坐標(biāo)系，選取平面靶標(biāo)上4個(gè)圓心中任意一個(gè)為原點(diǎn)，以平面靶標(biāo)的平面為xy平面建立坐標(biāo)系，計(jì)算其余3個(gè)圓心在xy平面坐標(biāo)系的位置，獲得世界坐標(biāo)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于準(zhǔn)三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，每移動一個(gè)位置，所述攝像機(jī)拍攝一幅圖像，并且所述準(zhǔn)三維靶標(biāo)上的圓孔包含在圖像內(nèi)，所述準(zhǔn)三維靶標(biāo)的兩塊平面靶標(biāo)的交線處于圖像中央，交線位置與圖像中央位置誤差不超過設(shè)定位置閾值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于準(zhǔn)三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟4中提取橢圓的具體步驟如下：

S411：利用對比度拉伸變化函數(shù)對所述標(biāo)定圖像進(jìn)行處理，輸出處理圖像；

S412：利用canny算子對處理圖像進(jìn)行邊緣檢測；

S413：提取連通分量，計(jì)算每一個(gè)連通分量的像素個(gè)數(shù)，根據(jù)設(shè)定個(gè)數(shù)閾值，剔除像素個(gè)數(shù)在個(gè)數(shù)閾值之外的連通分量；

S414：利用圓形度評價(jià)進(jìn)一步剔除非橢圓特征的連通分量，剩余連通分量為橢圓。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于準(zhǔn)三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，圓形度評價(jià)的圓形度指標(biāo)為C＝4πS/L²，其中S為圖形面積，L為圖形周長，C的取值范圍為(0,1]，C值越大，圖形越接近于圓形。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于準(zhǔn)三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟4中計(jì)算所有標(biāo)定點(diǎn)對應(yīng)的橢圓的圖像坐標(biāo)，具體步驟如下：

步驟421：對提取的橢圓離散點(diǎn)進(jìn)行橢圓擬合，獲得橢圓在標(biāo)定圖像的圖像坐標(biāo)系下的方程；

步驟422：在圖像坐標(biāo)系下，求取每個(gè)橢圓與相鄰橢圓的外公切線方程，計(jì)算外公切線與橢圓的切點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟423：根據(jù)所述外公切線與橢圓的切點(diǎn)連線方程求取標(biāo)定點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于準(zhǔn)三維靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述攝像機(jī)參數(shù)包括有效焦距、攝像機(jī)主點(diǎn)和外部參數(shù)；

構(gòu)建攝像機(jī)模型：

O_w-X_wY_wZ_w為世界坐標(biāo)系，O_c-X_cY_cZ_c為攝像機(jī)坐標(biāo)系，O_c點(diǎn)為透視中心；O_cZ_c軸垂直于像平面π且交于攝像機(jī)主點(diǎn)O；O_f-UV為圖像坐標(biāo)系；O-XY為投影坐標(biāo)系，其中O_cX_c//OX//O_fU，O_cY_c//OY//O_fV；

任意空間點(diǎn)P在π的投影點(diǎn)p為O_cP與π的交點(diǎn)；

空間點(diǎn)P在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為P_w＝[X_w Y_w Z_w]^T，在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為P_c＝[X_cY_c Z_c]^T，p在投影坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為p_t＝[x y]^T，則P_c與P_w滿足歐氏變換的關(guān)系：

P_c＝[R|T]P_w (1)

其中R為3×3的正交旋轉(zhuǎn)矩陣，T為3×1的平移矢量；

P_c與p_t滿足透視投影的關(guān)系：

p_t＝[f_xX_c/Z_c f_yY_c/Z_c] (2)

其中，f為攝像機(jī)焦距；

投影點(diǎn)p在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為p_m＝[u v]^T，攝像機(jī)主點(diǎn)O的坐標(biāo)為(u₀,v₀)；則p_m與p_t滿足如下關(guān)系：

p_m＝[x+u₀ y+v₀]^T (3)

其中，x、y分別為每一像素在X軸、Y軸方向上的物理尺寸；

根據(jù)公式(1)～(3)表示的攝像機(jī)模型，利用標(biāo)定點(diǎn)的世界坐標(biāo)P_wi，計(jì)算得到的標(biāo)定點(diǎn)的圖像坐標(biāo)p_mi＝[u v]^T，結(jié)合由橢圓在圖像坐標(biāo)系下的圖像坐標(biāo)p_ui，建立攝像機(jī)校準(zhǔn)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

其中，f_x和f_x為有效焦距；攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)為(u₀,v₀)；R和T為外部參數(shù)；n表示標(biāo)定圖像中橢圓的個(gè)數(shù)，d²(p_mi,p_ui)表示標(biāo)定點(diǎn)的圖像坐標(biāo)到橢圓的圖像坐標(biāo)的距離。