一种相机标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种相机标定方法及装置，用以简单有效地对相机进行标定。方法为：根据标定物构建世界坐标系，并分别获取所述标定物上的每个标定点在所述世界坐标下的坐标，其中，所述标定物由两条相互正交的直线组成，所述标定点位于所述直线上；通过相机拍摄所述标定物获得所述标定物的图像，并且根据所述标定物的图像所在的图像坐标系获得每个所述标定点在所述图像坐标系中的坐标；根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的参数。

Camera calibration method and device

The invention discloses a method and a device for calibrating a camera. Method: according to the calibration object to construct the world coordinate system, coordinate, and obtain the calibration of each marker on the point in the world coordinate system in which the calibration object consists of two mutually orthogonal linear, the calibration point is located on the line; image through the camera to shoot the calibration the calibration object coordinates, and according to the image of the calibration object in the image coordinate system for each of the calibration points in the image coordinate system; according to the coordinates of each point in the world coordinate system, and the image coordinates of each of the calibration points calibration in the process, determine the parameters of the camera.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机视觉
，尤其涉及一种相机标定方法及装置。
技术介绍
在相机出厂之前需要对立体相机进行标定。目前常用的相机标定方法为张正友教授提出的张氏平面标定法，该方法能够准确标定相机的内部参数和外部参数。张氏平面标定法所采用的标定板为平面棋盘格，如图1所示，标定原理如下：摄像机模型表示为：其中m的齐次坐标表示图像平面的像素坐标(u,v,1)，M的齐次坐标表示世界坐标系的坐标点(X,Y,Z,1)。R表示旋转矩阵、t表示平移矩阵、s表示尺度因子。A表示摄像机的内参数,具体表达式为：其中α＝f/dx，β＝f/dy，γ代表像素点在x,y方向上尺度的偏差。假设H＝A[Rt]，则H为从世界坐标系到图像坐标系的3×3大小的单应性矩阵。对H进行变形，假设h1、h2、h3为H的列向量，则得到：根据拍摄平面棋盘格得到的一张照片可建立两个方程，由于A中有5个未知数，则解5个未知数需要至少5个方程，也就是说至少需要3张照片才能求解A。可见，目前的张氏平面标定法会存在以下问题：由于需要根据棋盘格建立世界坐标系，因此需要保证每个格子之间的距离相等，然而实际制作过程中必然会存在误差，且理论上格子数越多出现误差的可能性越大，该误差的存在会导致根据该棋盘格确定的世界坐标系不准，从而导致整个标定过程存在误差。并且，需要保证棋盘格上的每个格子处于同一水平面上。然而，实际场景下很难找到一个平面绝对光滑的棋盘格，棋盘格不处于同一水平面同样会导致标定存在误差。另外，需要拍摄多张照片才能够对相机进行标定。可见，现有的相机标定方法实现复杂，难度大，需要寻求一种简单有效的相机标定方法。专利技术内容本专利技术实施例提供一种相机标定方法及装置，用以简单有效地对相机进行标定。本专利技术实施例提供的具体技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种相机标定方法，包括：根据标定物构建世界坐标系，并分别获取所述标定物上的每个标定点在所述世界坐标下的坐标，其中，所述标定物由两条相互正交的直线组成，所述标定点位于所述直线上；通过相机拍摄所述标定物获得所述标定物的图像，并且根据所述标定物的图像所在的图像坐标系获得每个所述标定点在所述图像坐标系中的坐标；根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的参数。第二方面，本专利技术实施例提供了一种相机标定装置，包括：第一处理模块，用于根据标定物构建世界坐标系，并分别获取所述标定物上的每个标定点在所述世界坐标下的坐标，其中，所述标定物由两条相互正交的直线组成，所述标定点位于所述直线上；第二处理模块，用于通过相机拍摄所述标定物获得所述标定物的图像，并且根据所述标定物的图像所在的图像坐标系获得每个所述标定点在所述图像坐标系中的坐标；第三处理模块，用于根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的参数。基于上述技术方案，本专利技术实施例中，通过将标定物设计为两条相互正交的直线，且在标定物的直线上设置标定点，根据设计的该标定物构建世界坐标系并获得标定物上的每个标定点在世界坐标系下的坐标，以及通过拍摄标定物获得标定物的图像，并获得各标定点在图像坐标系下的坐标，根据各标定点在世界坐标系下的坐标以及在图像坐标系下的坐标，确定相机参数，整个过程仅需要一次拍摄标定物获得标定物的图像，不需要多次拍摄，且标定物制作简单，降低标定物自身带来的误差，提高了相机标定效率。附图说明图1为现有的平面棋盘格示意图；图2a为本专利技术实施例中标定物示意图；图2b为本专利技术实施例中另一标定物示意图；图2c为本专利技术实施例中另一标定物示意图；图2d为本专利技术实施例中另一标定物示意图；图3为本专利技术实施例中相机标定的方法流程示意图；图4为本专利技术实施例中相机标定具体过程示意图；图5为本专利技术实施例中相机标定装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术实施例所提出的相机标定方法，是基于单张拍摄标定物所获得的图像进行相机标定，主要思路为：根据标定物的特殊性，通过简单的线性关系求解出相机分别沿世界坐标系其中两个轴方向的旋转角度，例如，分别沿世界坐标系的Xw轴和Yw轴的旋转角度，并将沿世界坐标系的Xw轴和Yw轴的旋转角度作为已知值求解相机的其它参数，通过该方式能够很大程度上提高相机的标定精度。本专利技术实施中相机标定所使用的标定物如图2a～图2d所示，标定物由两条相互正交的直线构成，两条直线分别表示为L1和L2，其中，O表示两条直线的交点，其中A、B、O为L1上的三个点，C、D、O为L2上的三个点。点A到点O的距离为h1，点B到点O的距离为h2，点C到点O的距离为d3，点D到点O的距离为d4。在标定过程中，h1、h2、d3和d4均为已知条件。本专利技术实施例中的标定物制作简单，只需要获知给定的几个点各自到两条相互正交的直线的交点的距离即可。这将大大减小标定物本身所带来的标定误差，并且基于所设计的标定物，只需要拍摄一张照片，即可根据该照片完成对相机的标定，大大提高了标定效率，尤其是在需要对大量的相机进行标定的情况下。基于该标定物，本专利技术实施例中进行相机标定的过程如图3所示，具体描述如下：步骤301：根据标定物构建世界坐标系，并分别获取所述标定物上的每个标定点在所述世界坐标下的坐标，其中，所述标定物由两条相互正交的直线组成，所述标定点位于所述直线上。一个具体实施例中，将所述两条相互正交的直线的交点作为所述世界坐标系的原点，分别将每条所述直线作为所述世界坐标系的一个坐标轴，例如将标定物中的其中一条直线作为世界坐标系的Xw轴，将标定物中的另外一条直线作为世界坐标系的Zw轴，将垂直于标定物的该两条直线所组成的平面的直线作为世界坐标系的Yw轴。一个较佳地实施方式中，每条所述直线上分别有至少两个所述标定点，以使得能够标定相机的所有参数。示例的，本专利技术实施例的标定物如图2a～图2d所示，标定物由两条相互正交的直线构成，两条直线分别表示为L1和L2，其中，O表示两条直线的交点，其中A、B为L1上的2个标定点，C、D为L2上的2个标定点。步骤302：通过相机拍摄所述标定物获得所述标定物的图像，并且根据所述标定物的图像所在的图像坐标系获得每个所述标定点在所述图像坐标系中的坐标。步骤303：根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的参数。具体地，根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，以及所述世界坐标系以及所述图像坐标系满足的第一约束条件，确定所述相机分别相对于所述世界坐标系的两个轴方向的旋转角度；根据得到的所述相机分别相对于所述世界坐标系的两个轴方向的旋转角度，所述第一约束条件，以及每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点各自在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的f、R、TX、TY以及TZ；其中，第一约束条件表示为公式1和公式2所示：R表示所述相机的旋转矩阵，表示为公式3所示：x表示所述标定点在所述图像坐标系中的横坐标，y表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相机标定方法，其特征在于，包括：根据标定物构建世界坐标系，并分别获取所述标定物上的每个标定点在所述世界坐标下的坐标，其中，所述标定物由两条相互正交的直线组成，所述标定点位于所述直线上；通过相机拍摄所述标定物获得所述标定物的图像，并且根据所述标定物的图像所在的图像坐标系获得每个所述标定点在所述图像坐标系中的坐标；根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的参数。

【技术特征摘要】
1.一种相机标定方法，其特征在于，包括：根据标定物构建世界坐标系，并分别获取所述标定物上的每个标定点在所述世界坐标下的坐标，其中，所述标定物由两条相互正交的直线组成，所述标定点位于所述直线上；通过相机拍摄所述标定物获得所述标定物的图像，并且根据所述标定物的图像所在的图像坐标系获得每个所述标定点在所述图像坐标系中的坐标；根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的参数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据标定物构建世界坐标系，包括：将所述两条相互正交的直线的交点作为所述世界坐标系的原点，分别将每条所述直线作为所述世界坐标系的一个坐标轴。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每条所述直线上分别有至少两个所述标定点。4.如权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的参数，包括：根据每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，以及所述世界坐标系以及所述图像坐标系满足的第一约束条件，确定所述相机分别相对于所述世界坐标系的两个轴方向的旋转角度；根据得到的所述相机分别相对于所述世界坐标系的两个轴方向的旋转角度，所述第一约束条件，以及每个所述标定点在所述世界坐标系下的坐标，以及每个所述标定点在所述标定物的图像中的坐标，确定所述相机的f、R、TX、TY以及TZ；其中，第一约束条件为x表示所述标定点在所述图像坐标系中的横坐标，y表示所述标定点在所述图像坐标系中的纵坐标，f表示所述相机的焦距，R表示所述相机的旋转矩阵，Xw表示所述标定点在所述世界坐标系的Xw轴上的值，Yw表示所述标定点在所述世界坐标系的Yw轴上的值，Zw表示所述标定点在所述世界坐标系的Zw轴上的值，TX表示所述相机相对于所述世界坐标系的Xw轴方向的平移量，TY表示所述相机相对于所述世界坐标系的Yw轴方向的平移量，TZ表示所述相机相对于所述世界坐标系的Zw轴方向的平移量，α表示所述相机相对于Xw轴的旋转角度，β表示所述相机相对于Yw轴的旋转角度，γ表示所述相机...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷佳旭，陈雪，
申请(专利权)人：海信集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37