[發(fā)明專利]一種慮及相機(jī)安裝誤差的雙遠(yuǎn)心鏡頭成像模型及標(biāo)定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211109643.0
• 申請(qǐng)日: 2022-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115375778A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巍;張沛東;王文琪;張洋;司立坤;賈振元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/80
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/80;G01B11/00;G06F17/12;G06F17/16
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明屬于機(jī)器視覺(jué)測(cè)量領(lǐng)域，公開(kāi)了一種慮及相機(jī)安裝誤差的雙遠(yuǎn)心鏡頭成像模型及標(biāo)定方法，首先基于遠(yuǎn)心鏡頭安裝誤差建立雙遠(yuǎn)心鏡頭的成像模型；其次，利用高精度位移平臺(tái)搭載標(biāo)定板分別獲取初始標(biāo)定板圖像以及經(jīng)過(guò)確定的步進(jìn)距離向x以及y方向移動(dòng)后的兩張標(biāo)定圖像，以簡(jiǎn)化相對(duì)外參矩陣；接著采用非線性辛普森求解方法計(jì)算單應(yīng)性矩陣，利用初始外參矩陣中旋轉(zhuǎn)矩陣的正交性建立方程組，求解內(nèi)參數(shù)：安裝誤差角、放大倍率、CMOS傾斜角以及圖像中心點(diǎn)坐標(biāo)，同時(shí)求解初始外參矩陣；最后采用L?M優(yōu)化算法求解鏡頭畸變系數(shù)。該方法兼具高效、準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于視覺(jué)測(cè)量的標(biāo)定方法具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器視覺(jué)測(cè)量領(lǐng)域，一種慮及相機(jī)安裝誤差的遠(yuǎn)心鏡頭成像模型及標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

視覺(jué)測(cè)量技術(shù)是非接觸測(cè)量中的主流測(cè)量技術(shù)，而鏡頭標(biāo)定作為視覺(jué)測(cè)量過(guò)程中的核心環(huán)節(jié)，對(duì)測(cè)量精度起著決定性的作用。雙遠(yuǎn)心鏡頭特殊的光路結(jié)構(gòu)使其具有高分辨率、超寬景深、超低畸變以及獨(dú)有的平行光設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，常被用來(lái)提升測(cè)量精度。基于普通鏡頭標(biāo)定模型，現(xiàn)有的雙遠(yuǎn)心鏡頭標(biāo)定算法主要是對(duì)其成像模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，進(jìn)一步使用張氏標(biāo)定法標(biāo)定流程，通過(guò)線性算法DLT求解像素坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的單應(yīng)性矩陣；接著利用外參矩陣中的旋轉(zhuǎn)矩陣正交性，求解內(nèi)參，最后利用非線性優(yōu)化算法求解畸變系數(shù)。然而在一般的視覺(jué)測(cè)量?jī)x器中，鏡頭處于垂直安裝位姿，因此該標(biāo)定方法將成像平面理想化為平行狀態(tài)，沒(méi)有考慮鏡頭安裝誤差，且標(biāo)定精度會(huì)受限制。

針對(duì)視覺(jué)測(cè)量中雙遠(yuǎn)心鏡頭的標(biāo)定方法，天津科技大學(xué)的李林娜等人于2015年在《天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)》第30卷第4期發(fā)表了文章《基于有序圖像序列與可控外部參數(shù)的遠(yuǎn)心鏡頭標(biāo)定方法》，通過(guò)控制高精度位移平臺(tái)搭載標(biāo)定板采集序列標(biāo)定圖像，將外參由未知變?yōu)橐阎⒌靡院?jiǎn)化，通過(guò)線性DLT算法求解出遠(yuǎn)心鏡頭放大率、遠(yuǎn)心度，最后通過(guò)L-M非線性優(yōu)化算法求解出畸變系數(shù)。但是該方法未考慮標(biāo)定板與遠(yuǎn)心鏡頭軸線不完全垂直的誤差，對(duì)于投影測(cè)量方法的精度難以保證，因此提供一種針對(duì)相機(jī)安裝誤差的雙遠(yuǎn)心鏡頭成像模型及標(biāo)定方法極為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有遠(yuǎn)心鏡頭標(biāo)定算法的不足，發(fā)明了一種慮及相機(jī)安裝誤差的雙遠(yuǎn)心鏡頭成像模型及標(biāo)定方法，其目的是針對(duì)垂直位姿的二維視覺(jué)測(cè)量中雙遠(yuǎn)心鏡頭的標(biāo)定環(huán)節(jié)，計(jì)算出所需的鏡頭放大倍率、安裝誤差角以及畸變系數(shù)，為基于二維視覺(jué)測(cè)量的幾何量參數(shù)測(cè)量提供精度保障。首先基于遠(yuǎn)心鏡頭安裝誤差建立雙遠(yuǎn)心鏡頭的成像模型；其次，利用高精度位移平臺(tái)搭載標(biāo)定板分別獲取初始標(biāo)定板圖像以及經(jīng)過(guò)確定的步進(jìn)距離向x以及y方向移動(dòng)后的兩張標(biāo)定圖像，以簡(jiǎn)化相對(duì)外參矩陣；接著采用非線性辛普森(Simpson)求解方法計(jì)算單應(yīng)性矩陣，利用初始外參矩陣中旋轉(zhuǎn)矩陣的正交性建立方程組，求解內(nèi)參數(shù)：安裝誤差角、放大倍率、CMOS傾斜角以及圖像中心點(diǎn)坐標(biāo)，同時(shí)求解初始外參矩陣；最后采用L-M優(yōu)化算法求解鏡頭畸變系數(shù)。該方法兼具高效、準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于視覺(jué)測(cè)量的標(biāo)定方法具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

一種慮及相機(jī)安裝誤差的雙遠(yuǎn)心鏡頭成像模型及標(biāo)定方法，該方法首先建立雙遠(yuǎn)心鏡頭成像模型，O_w-X_wY_wZ_w為世界坐標(biāo)系，o_c-x_cy_cz_c,o'_c-x'_cy'_cz'_c分別為理想的相機(jī)坐標(biāo)系以及存在安裝誤差的相機(jī)坐標(biāo)系，o_d-x_dy_dz_d為圖像坐標(biāo)系，uv為像素坐標(biāo)系，具體計(jì)算步驟如下：

第一步、建立慮及相機(jī)安裝誤差的雙遠(yuǎn)心鏡頭成像模型；

慮及相機(jī)安裝誤差的雙遠(yuǎn)心鏡頭成像模型為：