一种基于多约束的高精度双目相机标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多约束的高精度双目相机标定方法。首先采用张正友标定法计算初始双目相机参数，然后计算重投影误差和极线误差，之后根据左右相机图像中的特征点坐标以及双目相机参数重建三维特征点，并计算由相邻距离误差、共线误差以及直角误差构成的3D几何误差。建立由重投影误差累加和、极线误差累加和、相邻距离误差累加、共线误差累加和以及直角误差累加和构成的优化目标函数，采用列文伯格‑马夸尔特法对优化目标函数进行求解获得最优的双目相机参数。和张正友标定法相比，本发明专利技术对双目相机进行标定，使得距离测量误差、共线误差以及直角误差都得到了明显降低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多约束的高精度双目相机标定方法
本专利技术涉及一种高精度的双目相机标定方法，尤其是涉及一种基于多约束的高精度双目相机标定方法。
技术介绍
机器视觉检测系统由于可以提高生产的柔性和自动化程度，以及可以使用在某些不存在人工检测条件的场合，使得近几年在几何量测量以及机械制造等领域发挥着越来越重要的作用。相机标定是展开机器视觉后续一系列操作的基础，因此学者们在相机标定领域展开了大量的研究。通过构建世界坐标系和图像坐标系的关系，求解矩阵方程可以得到初始的相机参数。但是这些初始参数往往在实际应用中使得测量误差较大，因此需要建立用于优化的数学模型，使用最优化算法寻找使得测量效果最佳的全局最优解，最终达到更高的测量精度。张正友于2000年在《IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence》的论文“Aflexiblenewtechniqueforcameracalibration”中使用重投影误差作为优化目标函数，估计相机内外参数。Q.Wang于2016年在《MeasurementScience&Technology》的论本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多约束的高精度双目相机标定方法，其特征在于包括以下标定步骤：(1)使用双目相机从多个视角方位朝向同一国际象棋黑白棋盘格图案拍摄多次，获得多对左右图像，并以黑白棋盘格图案中两条线交叉处的点作为特征点；(2)使用张正友标定法计算获得左相机的内参矩阵Al、左相机的畸变系数Dl、左相机的外参矩阵Nl、右相机的内参矩阵Ar、右相机的畸变系数Dr、右相机的外参矩阵Nr以及由右相机坐标系转换到左相机坐标系的相机间外参矩阵Nrl，并作为双目相机的初始参数；(3)针对每一个世界坐标系下黑白棋盘格图案中坐标已知的特征点M，将特征点M分别通过左右相机的内外参矩阵计算获得特征点M在左、右图像坐标系下的理论图像...

【技术特征摘要】
1.一种基于多约束的高精度双目相机标定方法，其特征在于包括以下标定步骤：(1)使用双目相机从多个视角方位朝向同一国际象棋黑白棋盘格图案拍摄多次，获得多对左右图像，并以黑白棋盘格图案中两条线交叉处的点作为特征点；(2)使用张正友标定法计算获得左相机的内参矩阵Al、左相机的畸变系数Dl、左相机的外参矩阵Nl、右相机的内参矩阵Ar、右相机的畸变系数Dr、右相机的外参矩阵Nr以及由右相机坐标系转换到左相机坐标系的相机间外参矩阵Nrl，并作为双目相机的初始参数；(3)针对每一个世界坐标系下黑白棋盘格图案中坐标已知的特征点M，将特征点M分别通过左右相机的内外参矩阵计算获得特征点M在左、右图像坐标系下的理论图像点ml(ucl,vcl)、mr(ucr,vcr)，其中ucl,vcl分别表示左图像坐标系下理论图像点ml的横纵坐标，ucr,vcr分别表示右图像坐标系下理论图像点mr的横纵坐标，左、右图像坐标系是分别以左、右图像平面为基准的二维笛卡尔坐标系；并对左右图像进行角点检测获得特征点M在左右图像中对应的实际图像点(4)由理论图像点ml(ucl,vcl)、mr(ucr,vcr)根据步骤(1)获得左右相机的畸变系数Dl(k1l,k2l,p1l,p2l)和Dr(k1r,k2r,p1r,p2r)基于二阶径向和切向畸变的畸变模型采用以下公式计算获得理论畸变后的图像点式中，rl是理论图像点ml到左图像坐标系原点的距离，rr是理论图像点mr到右图像坐标系原点的距离；k1l,k2l,p1l,p2l分别表示左相机的一阶径向畸变系数、二阶径向畸变系数、一阶切向畸变系数和二阶切向畸变系数，k1r,k2r,p1r,p2r分别表示右相机的一阶径向畸变系数、二阶径向畸变系数、一阶切向畸变系数和二阶切向畸变系数，udl,vdl分别表示左图像坐标系下理论畸变后的图像点的横纵坐标，udr,vdr分别表示右图像坐标系下理论畸变后的图像点的横纵坐标；(5)根据实际图像点和步骤(4)所得的理论畸变后的图像点处理获得重投影误差累加和Jrep；(6)根据步骤(1)获得左右相机的畸变系数Dl和Dr和特征点M在左右图像中对应的实际图像点使用无畸变递归求解方法计算获得特征点M在左右图像中对应的矫正后的无畸变图像点和并作为无畸变图像点对(7)通过无畸变图像点对和基础矩阵F计算极线误差累加和Jepi；(8)由无畸变图像点和采用最优化三角测量方法计算出满足对极几何约束的可用于三维重建的最优左右图像特征点对最优左右图像特征点对的两个点分别和各自相机光心作连线和连线连线和连线相交于空间中一点点作为特征点M的三维重建特征点；(9)根据三维重建特征点处理获得相邻距离误差累加和Jadj；(10)根据三维重建特征点处理获得共线误差累加和Jcol；(11)根据三维重建特征点处理获得直角误差累加和Jrig；(12)建立优化目标函数进行求解获得最优的相机参数，完成对双目相机的高精度标定。2.根据权利要求1所述的一种基于多约束的高精度双目相机标定方法，其特征在于：所述步骤(1)中在双目相机拍摄时，拍摄方向和黑白棋盘格图案所在平面之间的夹角大于30度，双目相机和黑白棋盘格图案间的垂直距离在1～3m之间，且保证黑白棋盘格图案完整成像在左右图像中。3.根据权利要求1所述的一种基于多约束的高精度双目相机标定方法，其特征在于：所述的左相机坐标系是以左相机为基准的三维笛卡尔坐标系，右相机坐标系是以右相机为基准的三维笛卡尔坐标系，世界坐标系是以棋盘格图案为基准的三维笛卡尔坐标系。4.根据权利要求1所述的一种基于多约束的高精度双目相机标定方法，其特征在于：所述步骤(5)具体为：计算实际图像点分别和步骤(4)所得的理论畸变后的图像点之间的坐标差值，作为重...

【专利技术属性】
技术研发人员：段桂芳，刘夏，刘振宇，谭建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33