[發明專利]一種基于準三維靶標的攝像機標定方法

在審

• 申請號: 202210157514.2
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114549659A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 楊琤;方健偉
• 申請（專利權）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: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發明公開了一種基于準三維靶標的攝像機標定方法，準三維靶標由兩塊呈任意角度的平面靶標組合而成，每塊靶標上有四個圓孔陣列，每個圓孔與分別與相鄰的兩個圓孔作外公切線共產生四個切點，根據圓之間的公切線與切點具有透視投影不變性的特點，兩個相對切點所在的直線交于圓心，利用圓心的世界坐標和圖像坐標，采用非線性優化方法對攝像機進行標定。本發明設計的靶標加工方便，標定過程簡單，提取的標定特征點無透視投影畸變且坐標精度較高，適合在不允許大幅度移動靶標的環境下進行標定。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，更具體的說是涉及一種基于準三維靶標的攝像機標定方法。

背景技術

視覺測量具有非接觸、速度快、柔性好、精度高等特點，廣泛應用于物體的幾何尺寸和物體的位置測量等領域。視覺傳感器的標定是視覺測量能否成功應用的關鍵，其途徑是根據攝像機模型，由已知特征點圖像坐標和世界坐標求解攝像機的模型參數，從而建立圖像像素位置與空間三維點之間的映射關系實現攝像機標定，該步驟是建立視覺測量系統的一個重要環節。

目前，常見的攝像機標定技術主要有：基于三維立體靶標的標定、基于二維平面靶標的標定和攝像機自標定等。在以上幾種典型標定方法中，基于三維立體靶標的標定只需要一幅圖像就可以標定出全部參數，并可以獲得比較高的精度，但需要使用精密加工的立體靶標，其加工和維護比較困難；攝像機自標定技術在理論上是一種不錯的方法，但在實際的標定過程中很難做到攝像機平臺的完全平移與正交運動，所以在實用性和精度方面必然受到一定的限制；基于二維平面靶標的標定方法具有操作方法簡單和標定精度高等特點，是目前最為廣泛使用的方法，但是平面靶標需要移動多次才能達到較高的標定精度，使得標定過程比較繁瑣。而準三維靶標由兩塊平面靶標拼接而成，只需要移動普通平面靶標一半的次數便可達到相同的標定效果，并且比立體靶標加工方便。

同時，靶面上設置的標定點一般為圖1所示的6種形式之一：圓的中心、方塊中心、十字線的交點、米字線的交點、方塊的頂點和棋盤的格點。使用圓作為特征較于其它形式具有以下優點：1)對閾值不敏感，即使在復雜的背景中仍能準確的識別和跟蹤；2)通過曲線擬合的方式獲得特征的準確參數，具有很強的抗噪聲和抗遮擋能力。但是圓孔的透視投影為橢圓，經透視投影后其中心與原物體的中心不一致。

因此，如何簡化攝像機標定過程，改善其工程化應用的可操作性和便捷性，提高標定精度是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于準三維靶標的攝像機標定方法，采用準三維靶標進行移動，相比于三維靶標加工方便，同時采集該靶標的一幅圖片相當于將普通的二維靶標移動一次前后采集的兩幅圖片，并且采用基于切點的計算圓心透視投影點的方法提取標定特征點，利用公切點作為輔助，提取圓心作為標定特征點，使得提取的標定特征點無透視投影畸變，具有較高的標定精度，從而通過移動靶標少量的次數便可達到較高的標定精度，簡化標定過程，改善其工程化應用的可操作性和便捷性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于準三維靶標的攝像機標定方法，具體步驟如下：

步驟1：在準三維靶標上選取標定點，并獲取其世界坐標；

步驟2：在攝像機的視場范圍內，自由移動所述準三維靶標至至少2個位置，并在每個位置為所述準三維靶標拍攝一幅完整圖像；

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定圖像；

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

步驟5：利用步驟4提取的所有圖像坐標及對應所述標定點的世界坐標標定攝像機，得到攝像機標定參數，并將攝像機標定參數保存在參數文件中，以備測量調用，根據攝像機標定參數標定所述攝像機。