本發(fā)明涉及光學(xué)相機(jī)和相機(jī)校準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用圓形標(biāo)定板對多個紅外相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定的方法。

背景技術(shù)：

1、相機(jī)標(biāo)定是計算機(jī)視覺中的一個重要步驟，尤其是三維重建和動作捕捉等領(lǐng)域，相機(jī)標(biāo)定是無法避免的首要步驟。標(biāo)定的目的是構(gòu)建多相機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即計算出相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，其中包括相機(jī)的焦距、主點(diǎn)偏移、畸變系數(shù)、相機(jī)在世界坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)。相機(jī)標(biāo)定需要借助外部工具，其中二維標(biāo)定物由于制作簡單且能達(dá)到較高的精度被更多的使用，二維標(biāo)定物簡單來說是一塊板子，利用板子上標(biāo)記點(diǎn)的度量信息對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，板子圖案一般是棋盤格或者是若干個規(guī)則排列的圓。

2、一直以來，紅外相機(jī)對標(biāo)定物的拍攝都達(dá)不到較高的精度，因?yàn)闃?biāo)定板大多由陶瓷或者玻璃制成，但對于紅外相機(jī)，無法清晰的拍攝到普通材質(zhì)標(biāo)定板上的圖案，從而導(dǎo)致對標(biāo)定板上的標(biāo)定點(diǎn)提取不準(zhǔn)確，導(dǎo)致標(biāo)定的精度很差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有紅外相機(jī)拍攝普通標(biāo)定板不清晰而導(dǎo)致標(biāo)定精度差的缺陷而提供一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定裝置及方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、作為本發(fā)明的第一方面，提供一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，所述方法步驟包括：

4、待標(biāo)定的相機(jī)多角度拍攝標(biāo)定板圖像，所述的標(biāo)定板上設(shè)置有多個反射紅外光的圓形圖案；

5、提取每張圖像中標(biāo)定板上圓形圖案的圓心坐標(biāo)；

6、利用提取的圓心坐標(biāo)和標(biāo)定板的實(shí)際尺寸對相機(jī)進(jìn)行初始標(biāo)定；

7、利用初始標(biāo)定結(jié)果把標(biāo)定板圖像轉(zhuǎn)為正視圖，在正視圖上重新提取圓心坐標(biāo)，把提取的坐標(biāo)反投影到原來的圖像坐標(biāo)系；

8、利用得到的新的圖像坐標(biāo)重新標(biāo)定相機(jī)，并對參數(shù)進(jìn)行捆綁調(diào)整；

9、循環(huán)執(zhí)行上述的坐標(biāo)提取與反投影以及參數(shù)捆綁調(diào)整，直到標(biāo)定結(jié)果達(dá)到所設(shè)定的精度要求。

10、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的拍攝標(biāo)定板圖像具體為：

11、在相機(jī)固定的情況下，以不同的姿態(tài)擺放標(biāo)定板，保證每臺相機(jī)都能拍攝到完整的標(biāo)定板圖像且多臺相機(jī)在同一時刻拍攝圖像。

12、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述提取標(biāo)定板上圓形圖案的圓心坐標(biāo)具體為：

13、拍攝的標(biāo)定板圖案上，識別出每個圓形圖案的圓心在圖像上的像素坐標(biāo)；檢測到每個圓邊緣的像素坐標(biāo)，利用邊緣的像素擬合出一個圓，以圓的中心當(dāng)作是圓心坐標(biāo)。

14、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述對相機(jī)進(jìn)行初始標(biāo)定具體包括計算出相機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)；

15、所述的內(nèi)參數(shù)包括相機(jī)焦距、主點(diǎn)偏移和畸變系數(shù)；

16、所述的外參數(shù)包括相機(jī)相對于世界坐標(biāo)系的位置和方向。

17、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述利用初始標(biāo)定結(jié)果把標(biāo)定板圖像轉(zhuǎn)為正視圖具體為：

18、利用標(biāo)定板相對于相機(jī)的位姿關(guān)系把圖像從像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到標(biāo)定板坐標(biāo)系；

19、利用透視關(guān)系把標(biāo)定板圖像轉(zhuǎn)為正視圖，得到從原始圖像到正視圖的單應(yīng)矩陣h。

20、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述在正視圖上重新提取圓心坐標(biāo)后再反映射回原始圖像坐標(biāo)系具體為：

21、在正視圖上提取圓心的位置，提取圓心后利用單應(yīng)矩陣h的逆矩陣把圓心的位置再反映射回原始圖像坐標(biāo)系。

22、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述捆綁調(diào)整的具體為：

23、把標(biāo)定結(jié)果當(dāng)作初始值，以最小化重投影誤差為目的，把所有參數(shù)放在一起進(jìn)行非線性迭代優(yōu)化，代價函數(shù)為：

24、

25、其中，xij是標(biāo)定板上第j個點(diǎn)在第i個相機(jī)上的投影，ki是第i個相機(jī)的內(nèi)參矩陣，ri和ti是第i個相機(jī)的外參矩陣，xj是標(biāo)定板上第j個點(diǎn)；error是重投影誤差，指標(biāo)定板上的圓在3維空間的坐標(biāo)，通過相機(jī)模型轉(zhuǎn)到圖像坐標(biāo)系后，與在圖像上直接提取的圓心值之間的誤差。

26、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述捆綁調(diào)整的參數(shù)包括：各個相機(jī)的內(nèi)參矩陣包括：相機(jī)的焦距和主點(diǎn)；各個相機(jī)的畸變系數(shù)包括：畸變系數(shù)包括徑向畸變和切向畸變；各個相機(jī)的外部參數(shù)包括：旋轉(zhuǎn)矩陣和位移矩陣；各個圖像從原始圖像映射到正視圖的單應(yīng)矩陣。

27、作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述直到標(biāo)定結(jié)果達(dá)到所設(shè)定的精度要求具體為：

28、設(shè)定重投影誤差閾值，每次在捆綁調(diào)整后計算標(biāo)定板的重投影誤差，如果大于該閾值，返回到步驟四繼續(xù)迭代循環(huán)執(zhí)行上述的坐標(biāo)提取與反投影以及參數(shù)捆綁調(diào)整，直到迭代的結(jié)果小于所設(shè)置的閾值。

29、作為本發(fā)明的第二方面，提供一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定裝置，該裝置用于實(shí)施如上所述基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，標(biāo)定裝置由多個圓形圖案在一個平面上規(guī)則排列的標(biāo)定板，所述的圓形圖案使用可反射紅外光的材料制成。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

31、本發(fā)明制作了可以反射紅外光的標(biāo)定板，極大提高了紅外相機(jī)的拍攝清晰度，保證了提取圓心的精度。并且給出了迭代優(yōu)化算法，把拍攝的圖像轉(zhuǎn)換到正視圖提取圓心，然后再反映射回原來的坐標(biāo)系。通過反復(fù)迭代，進(jìn)一步提高了相機(jī)標(biāo)定的精度。

技術(shù)特征：

1.一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述方法步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述的拍攝標(biāo)定板圖像具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述提取標(biāo)定板上圓形圖案的圓心坐標(biāo)具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述對相機(jī)進(jìn)行初始標(biāo)定具體包括計算出相機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述利用初始標(biāo)定結(jié)果把標(biāo)定板圖像轉(zhuǎn)為正視圖具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述在正視圖上重新提取圓心坐標(biāo)后再反映射回原始圖像坐標(biāo)系具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述捆綁調(diào)整的具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述捆綁調(diào)整的參數(shù)包括：各個相機(jī)的內(nèi)參矩陣包括：相機(jī)的焦距和主點(diǎn)；各個相機(jī)的畸變系數(shù)包括：畸變系數(shù)包括徑向畸變和切向畸變；各個相機(jī)的外部參數(shù)包括：旋轉(zhuǎn)矩陣和位移矩陣；各個圖像從原始圖像映射到正視圖的單應(yīng)矩陣。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述直到標(biāo)定結(jié)果達(dá)到所設(shè)定的精度要求具體為：

10.一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述裝置用于實(shí)施如權(quán)利要求1-9任一所述基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法，所述標(biāo)定裝置由多個圓形圖案在一個平面上規(guī)則排列的標(biāo)定板，所述的圓形圖案使用可反射紅外光的材料制成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于二維標(biāo)定物和迭代的相機(jī)標(biāo)定方法及裝置，所述方法步驟包括：待標(biāo)定的相機(jī)多角度拍攝標(biāo)定板圖像，所述的標(biāo)定板上設(shè)置有多個反射紅外光的圓形圖案；提取每張圖像中標(biāo)定板上圓形圖案的圓心坐標(biāo)；利用提取的圓心坐標(biāo)和標(biāo)定板的實(shí)際尺寸對相機(jī)進(jìn)行初始標(biāo)定；利用初始標(biāo)定結(jié)果把標(biāo)定板圖像轉(zhuǎn)為正視圖，在正視圖上重新提取圓心坐標(biāo)，把提取的坐標(biāo)反投影到原來的圖像坐標(biāo)系；重新標(biāo)定相機(jī)，并對參數(shù)進(jìn)行捆綁調(diào)整；循環(huán)執(zhí)行上述的坐標(biāo)提取與反投影以及參數(shù)捆綁調(diào)整，直到標(biāo)定結(jié)果達(dá)到所設(shè)定的精度要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了紅外相機(jī)無法使用普通標(biāo)定板的問題，并且通過在正視圖提取圓心的迭代方法提高了相機(jī)標(biāo)定的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：張冬陽,張群,季毅君,張海威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海青瞳視覺科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9