一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法，包括以下步骤：S10：像点数据采集；S20：两两相机内外参标定；S30：统一参考相机坐标系下多相机内外参标定；S40：指定世界坐标系下多相机内外参标定。本发明专利技术的方法所用标定工具制作简单，且不需要限定标定物在所有相机的公共视场内运动，可操作性强；本发明专利技术的方法利用共视场关系确定的多相机级联路径，使更多的像点参与运算，算法鲁棒性更好。

A calibration method for multi camera based on three point marker

The invention discloses a parameter calibration method of three point calibration based on multi camera, which comprises the following steps: S10: image data acquisition; S20: 22 camera parameter calibration; S30: unified reference camera coordinate multi camera internal and external parameters calibration; S40: Specifies the world coordinates calibration of multi camera internal and external parameters. The method of the invention for calibration tool manufacture is simple, and does not need to limit the movement in the public field calibration of all cameras, the maneuverability is strong; the method of the invention utilizes a multi camera path is determined between cascade field, so that more like to participate in operations, the algorithm robust.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法
本专利技术属于计算机视觉与摄像机标定的
，具体涉及一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法。
技术介绍
相机标定技术利用标定物体的二维图像恢复出相机内外参数，进而重建出场景的三维信息，是计算机视觉领域的关键步骤，是基于视觉传感器各方面应用的前提条件，在工业、航天、文化创意等领域具有广泛应用。近年来，随着虚拟现实的蓬勃发展，单个相机的视角无法满足人们对大范围三维空间的期望，多相机组合及标定逐渐成为新的研究热点。然而，现有的多相机标定方法，往往要求标定物同时在所有相机的公共视场内运动，增加了实际操作的难度，且标定精度较低。因此，如何通过方便快捷的操作，同时获取多相机的高精度的内外参数，是目前急需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法，包括以下步骤：S10：像点数据采集；S20：两两相机内外参标定；S30：统一参考相机坐标系下多相机内外参标定；S40：指定世界坐标系下多相机内外参标定。优选地，标定工具包括可自由移动的具有三个共线红外反光点的T型定杆，以及附着若干红外反光点的用于指示世界坐标系的L型刚体。步骤S10包括：S11：在标定场景中，自由挥动装有三个共线红外反光点的标T型定杆，控制多个相机同步采集标定点数据；S12：将L型直角刚体放置在标定场景中央，控制多个相机同步采集刚体数据。优选地，步骤S20包括：S21：畸变处理，根据畸变系数和单位像素的物理尺寸，利用畸变模型，求出去除畸变后的真实像点的坐标；S22：求解有效焦距，将两图像坐标系原点平移至主点，使用归一化8点法求出基本矩阵及极点，根据Hartley自标定方法简化基本矩阵并分解求出相机的像素单位焦距；S23：求解外参，利用内参数对基础矩阵进行归一化求解本质矩阵，通过奇异值分解得到四组外参(R，t)，首先利用三角法重建出标定点，基于标定物位于摄像机前方(即Z坐标恒正)的原则，筛选出一组正确的(R，t)；S24：内外参优化，以像点对极距离误差之和最小为优化目标，使用L-M非线性优化算法对两两标定所得内外参数进行非线性优化。优选地，步骤S30包括：S31：建立多相机系统无向图；S32：确定参考相机到任意相机的最优级联路径，选择共视点最多的相机为0号参考相机，使用Dijkstra法计算0号相机到任意第k号相机所经边权重之和最小的路径；S33：假设第k号相机的最优级联路径为0至i再至k，由两两标定求得的第0号到第i号相机的外参数为(R0i，t0i)，第i号到第k号相机的外参为(Rik，tik)，则第0号到第k号的外参为(RikR0i，Rikt0i+tik)；S34：重复步骤S33，求出所有相机相对统一参考相机的外参数，利用三角法重建出标定点，以最小化重投影误差为优化目标，使用BA捆绑算法对所有内外参整体优化。优选地，步骤S40包括：S41：确定L型刚体在不同相机成像的匹配关系：根据求得的相机外参可确定两视图的基础矩阵，利用对极几何约束，得到匹配像点；S42：使用最小二乘三角形法，重建出L型刚体在参考相机坐标系下的坐标；S43：设定L型刚体在指定世界坐标系下的坐标，利用kneipPnP算法求出世界坐标到参考相机坐标系的旋转和平移；S44：求出世界坐标系下所有相机的内外参数。与现有技术相比，本专利技术的基于三点标定物的多相机内外参标定方法的有益效果是：1、本专利技术的方法所用标定工具制作简单，且不需要限定标定物在所有相机的公共视场内运动，可操作性强。2、本专利技术的方法利用共视场关系确定的多相机级联路径，使更多的像点参与运算，算法鲁棒性更好。3、本专利技术的方法通过多步优化使得标定参数可达到亚像素级别的重投影误差，完全满足高精度需求。附图说明图1为本专利技术的基于三点标定物的多相机内外参标定方法的流程图；图2为本专利技术的基于三点标定物的多相机内外参标定方法中标定工具中的标定杆的结构示意图；图3为本专利技术的基于三点标定物的多相机内外参标定方法中标定工具中的L刚体的结构示意图；图4为本专利技术的基于三点标定物的多相机内外参标定方法中标定场景的结构示意图；图5为本专利技术的基于三点标定物的多相机内外参标定方法中多相机无向图。具体实施方式为使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。如图1至5所示，本专利技术的优选实施例提供了一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法，该方法包括以下步骤：S10：像点数据采集。该步骤S10具体包括：S11，如图4所示的标定场景中，自由挥动装有三个共线红外反光点的T型标定杆，控制多个相机同步采集标定点数据；S12，将边长已知的L型刚体放置在场地中央，控制多个相机同步采集刚体数据。S20：两两相机内外参标定。该步骤S20具体包括：S21，畸变处理：根据相机说明书中的畸变系数和单位像素的物理尺寸，利用畸变模型，求出去除畸变后真实像点的坐标。S22，求解有效焦距：将两图像坐标系原点平移至主点，使用归一化8点法求出基本矩阵及极点，根据Hartley自标定方法简化基本矩阵并分解求出相机的像素单位焦距。S23，求解外参：利用上述所得内参数对基础矩阵进行归一化求得本质矩阵，通过奇异值分解得到四组外参(R，t)，首先利用三角法重建出标定点，基于标定物必然位于摄像机前方(即Z坐标恒正)的原则，筛选出一组正确的(R，t)。此时平移向量与真实平移相差一个比例因子，可利用重建的L型刚体的长度来恢复出该比例因子。S24，内外参优化：以像点对极距离误差之和最小为优化目标，使用L-M算法对两两标定所得内外参数进行非线性优化。S30：统一参考相机坐标系下多相机内外参标定。该步骤S30具体包括：S31，建立如图5所示多相机系统无向图：顶点表示相机，若两相机之间有m个共视点，则相应两顶点间有边，边的权重为1/m。S32，确定参考相机到任意相机的最优级联路径：选择共视点最多的相机为0号参考相机，使用Dijkstra法计算0号相机到任意第k号相机所经边权重之和最小的路径，即为第k号相机的最优级联路径。S33，假设第k号相机的最优级联路径为0→i→k，由两两标定求得的第0号到第i号相机的外参数为(R0i，t0i)，第i号到第k号相机的外参为(Rik，tik)，则第0号到第k号的外参为(RikR0i，Rikt0i+tik)。S34，重复步骤S33，求出所以相机相对参考相机的外参数，利用三角法重建出标定点，以最小化重投影误差为优化目标，使用BA捆绑算法对所有内外参整体优化。进一步提高标定精度。S40：指定世界坐标系下多相机内外参标定。该步骤S40具体包括：S41，确定L型刚体在不同相机成像的匹配关系：根据上述求得的相机外参可确定两视图的基础矩阵，利用对极几何约束，得到匹配像点。S42，使用最小二乘三角形法，重建出L型刚体在参考相机坐标系下的坐标。S43，设定L型刚体在指定世界坐标系下的坐标，利用kneipPnP算法求出世界坐标到参考相机坐标系的旋转和平移。S44，同步骤S43原理相同，求出世界坐标系下所有相机的内外参数。以上实施例仅为本专利技术的示例性实施例，不用于限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：像点数据采集；S20：两两相机内外参标定；S30：统一参考相机坐标系下多相机内外参标定；S40：指定世界坐标系下多相机内外参标定。

【技术特征摘要】
1.一种基于三点标定物的多相机内外参标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：像点数据采集；S20：两两相机内外参标定；S30：统一参考相机坐标系下多相机内外参标定；S40：指定世界坐标系下多相机内外参标定。2.根据权利要求1所述的基于三点标定物的多相机内外参标定方法，其特征在于，标定工具包括可自由移动的具有三个共线的红外反光点的T型标定杆，以及附着若干红外反光点的用于指示世界坐标系的L型刚体。步骤S10包括：S11：在标定场景中，自由挥动装有三个共线红外反光点的T型标定杆，控制多个相机同步采集标定点数据；S12：将L型直角刚体放置在标定场景中央，控制多个相机同步采集刚体数据。3.根据权利要求2所述的基于三点标定物的多相机内外参标定方法，其特征在于，步骤S20包括：S21：畸变处理，根据畸变系数和单位像素的物理尺寸，利用畸变模型，求出去除畸变后的真实像点的坐标；S22：求解有效焦距，将两图像坐标系原点平移至主点，使用归一化8点法求出基本矩阵及极点，根据Hartley自标定方法简化基本矩阵并分解求出相机的像素单位焦距；S23：求解外参，利用内参数对基础矩阵进行归一化求解本质矩阵，通过奇异值分解得到四组外参(R，t)，首先利用三角法重建出标定点，基于标定物位于摄像机前方(即Z坐标恒正)的原则，筛选出一组正确的(R，t)；S24：内外参优化，以像点对极距离误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭，路晗，黄永鑫，
申请(专利权)人：北京轻威科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11