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用于相机标定的大型控制场人工标志点及其编码方法技术

技术编号:21608159 阅读:22 留言:0更新日期:2019-07-13 19:08
一种编码简单、数量多且高达8192个、识别简单的用于相机标定的大型控制场人工标志点及其编码方法,包括一个外围直径为D0的大圆标志即外围大圆,所述外围大圆内设有14个圆形标志,按照直径不同分为3类,分别是直径为D2的定位圆、共一个,直径为D1的为定向圆、共2个,直径为D2的编码圆、共13个,且D2<D1<D0,定位圆的中心点与外围大圆中心点重合,二个定向圆内分别包含一个与其同心的编码圆,定位圆与定向圆用于确定人工标志点内部的基准坐标轴;定向圆外部的普通编码圆共11个,白色填充对应编码位“1”、反之为0,定向圆内部的编码圆2个,黑色填充对应编码位“1”、反之为0;通过13个编码圆的黑白两色的不同组合构建该标定用标志点的唯一性编码。

Manual Marking Points and Coding Method of Large Control Field for Camera Calibration

【技术实现步骤摘要】
用于相机标定的大型控制场人工标志点及其编码方法
本专利技术涉及一种用于相机标定的大型控制场人工标志点及其编码方法。
技术介绍
立体、倾斜摄影相机以及全景相机通常由多个子相机组合而成,对此类相机标定时,内部的各个子相机对控制场同时拍摄能得到内部子相机之间更高的相对位置和姿态的标定精度。因此,往往需要大型的全景控制场,控制场上需要布设大量的标志,为了保证同名标志点识别和匹配的精度,标志中心点提取需要保证不受缩放、旋转的影响不变性且编码的丰富性、唯一性。因圆形标志中心提取不受缩放、旋转的影响,通常作为相机标定标志。如CN106767502A公开了一种具有起始信息的圆形编码标志点,CN107314771A公开了一种基于编码标志点的无人机定位以及姿态角测量方法,都使用了圆形标志,编码数量较多(低于本文的编码数量),但容易受到标定场中其他圆形标志的干扰,从而影响标定的精度。CN108573511A“点状分布合作编码标志及其识别定位方法”使用一种点状分布合作编码标志,能产生大量编码标志,数量依然有限且识别算法比较复杂。综上所述,现有的标志点的构建及其编码方法均存在诸多技术上或者实用性上的不足之处,尤其在编码数量、编码方法的复杂度方面仍然难以满足立体、倾斜摄影相机以及全景相机标定的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种用于相机标定的大型控制场人工标志点及其编码方法,解决现在技术在编码数量、复杂程度上仍然难以满足立体、倾斜摄影相机以及全景相机标定的不足,编码简单、数量多且高达8192个、识别简单。本专利技术的技术解决方案是:一种用于相机标定的大型控制场人工标志点,其特殊之处在于,包括一个外围直径为D0的大圆标志即外围大圆,所述外围大圆内设有14个圆形标志,所述14个圆形标志所属区域彼此分离,标志边缘互相独立,所述14个圆形标志按照直径不同分为3类,其中一类是直径为D2的定位圆、共一个,直径为D1的为定向圆、共2个,直径为D2的编码圆、共13个,且D2<D1<D0,定位圆的中心点与外围大圆中心点重合,二个定向圆内分别包含一个与其同心的编码圆,既可用于编码也可以用于定向,定位圆与定向圆用于确定人工标志点内部的基准坐标轴。进一步地,定位圆内部恒为白色,用于该人工标志点的中心定位并用于区分直径相同的编码圆。进一步地,所述定向圆位于编码圆外区域为环形且环形区域填充为白色。进一步地,所述定向圆的直径为编码圆直径的2倍。如上所述的一种用于相机标定的大型大型控制场人工标志点的编码方法,其特殊之处是:定向圆外部的普通编码圆共11个,白色填充对应编码位“1”、反之为0,定向圆内部的编码圆2个,黑色填充对应编码位“1”、反之为0;通过13个编码圆的黑白两色的不同组合构建该标定用标志点的唯一性编码。进一步地,步骤如下:1)两个定向圆的编号为0号、1号,设其中心分别为A0和A1,以定位圆中心“C”为坐标原点建立右手三维坐标系,以坐标原点到“A0”的射线为x轴正向,其反方向为x轴负方向,以坐标原点为起点且垂直于点“A0”到“A1”连线的射线为y轴正向,其反方向为y轴负方向,z轴为标志点所在平面过原点的法线。2)13个编码圆编号为0号~12号,两个定向圆中心间的距离作为编码的距离基准,仅以点A0与点C之间的距离B为基准距离设置各编码圆的位置,具体如下:2.1)0号编码圆和1号编码圆分别位于其同心的定向圆内,达到与定向圆的复用,0号编码圆心坐标为(B,0),1号编码圆心坐标为(B,B);2.2)4号和11号编码圆关于x轴对称,其坐标分别为(0,-B),(0,B);2.3)5号编码圆与1号编码圆关于x轴对称,5号编码圆心坐标(B,-B);2.4)8号编码圆位于x轴上,与0号编码圆关于y轴对称,8号编码圆心坐标(-B,0);2.5)3号、10号关于x轴对称,且3号、8号和10号编码圆位于同一条直线上,3号编码圆心坐标(-B,-B)、10号编码圆心坐标(-B,B);2.6)6号编码圆心坐标(-B/2,-B/2);2.7)9号编码圆与2号编码圆关于x轴对称,其圆心坐标(-B/2,B/2);2.8)7号编码圆心坐标为(-3B/2,-B/2);2.9)12号编码圆心坐标为(0,3B/2);进一步地,所述编码圆共13个,以0-12号编码圆分别对应一个二进制数的0-12位,定向圆外部的普通编码圆共11个,白色填充时对应编码位“1”、反之为0,定向圆内部的编码圆2个,黑色填充对应编码位“1”、反之为0;通过13个编码圆的黑白两色的不同组合构建该标定用标志点的唯一性编码。进一步地,各类圆之间具有稳定可靠的几何关系,在拍摄的图像上识别出标志点的外围大圆、定位圆、两个定向圆后,通过构建3条辅助直线并利用各编码圆与辅助直线的几何关系,准确识别出标志点内部的各个编码圆的序号,根据识别出的编码圆,根据编码规则自动获取标志点编码,具体步骤如下:1)建立标志点的基准坐标轴,即标志点的x’轴和y’轴;2)建立过1号定向圆中心平行于x’轴的直线L1;建立平行于x’轴,与直线L1关于x’轴对称的直线L2;建立平行于y’轴,与0号、1号定向圆中心所在的直线关于y’轴对称的直线L3;3)利用上述基准轴和辅助直线,通过判定并识别各直线上的编码圆中心点,可检测并识别3号、4号、5号、8号、10号、11号、12号和2个定向圆内部的编码圆0号、1号是否存在;4)上述直线将标志点内部区域分为12个不重叠的子区域,可识别子区域内是否存在编码圆2号、6号、7号或9号。与现有技术相比,本专利技术的主要优点如下:(1)本专利技术的编码数量大,最高达8192个编码。(2)本专利技术有一个定位圆、两个定向圆、13个编码圆,各类圆之间具有稳定可靠的几何关系。(3)本专利技术制作方法简单,在外围大圆内确定了定位圆和定向圆的位置后,仅以两个定向圆中心间的距离为基准距离就可以设置13个编码圆的位置。(4)定向圆内含编码圆,实现定向圆和编码圆复用,增加编码的数量。(5)本专利技术在成像平面上识别出标志的外围大圆、定位圆、定向圆后,通过构建辅助直线并利用各编码圆与各辅助直线的几何关系,保证可准确识别出标志点内部的各个编码圆的序号、识别快速并具有抗旋转的能力。附图说明图1为本专利技术的标志点设计原理图(以第8191号编码标志为例);图2为本专利技术的基准坐标系示意图;图3为本专利技术的编码圆识别示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施实例对本专利技术进行详细说明,本实施例以本专利技术的技术方案为前提,但所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例,因此不限于本专利技术的保护范围不限于本专利技术的实施例。本实施例提出用于相机标定的大型控制场人工标志点,如图1所示,包括:1)一个外围直径为D0的大圆标志即外围大圆,内又设有14个圆形标志,所述14个圆形标志所属区域彼此分离,标志边缘互相独立,所述14个圆形标志按照直径不同分为3类,其中一类是直径为D2的定位圆、共一个,直径为D1的为定向圆、共2个,直径为D2的编码圆、共13个,且D2<D1<D0,定位圆的中心点与外围大圆中心点重合,二个定向圆内分别包含一个与其同心的编码圆,既可用于编码也可以用于定向,定位圆与定向圆用于确定人工标志点内部的基准坐标轴,实现定向圆和编码圆复用,增加编码的数量,编码数量巨大,可达8192个编码。2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于相机标定的大型控制场人工标志点,其特征在于,包括一个外围直径为D0的大圆标志即外围大圆,所述外围大圆内设有14个圆形标志,所述14个圆形标志所属区域彼此分离,标志边缘互相独立,所述14个圆形标志按照直径不同分为3类,其中一类是直径为D2的定位圆、共一个,直径为D1的为定向圆、共2个,直径为D2的编码圆、共13个,且D2<D1<D0,定位圆的中心点与外围大圆中心点重合,二个定向圆内分别包含一个与其同心的编码圆,既可用于编码也可以用于定向,定位圆与定向圆用于确定人工标志点内部的基准坐标轴。

【技术特征摘要】
1.一种用于相机标定的大型控制场人工标志点,其特征在于,包括一个外围直径为D0的大圆标志即外围大圆,所述外围大圆内设有14个圆形标志,所述14个圆形标志所属区域彼此分离,标志边缘互相独立,所述14个圆形标志按照直径不同分为3类,其中一类是直径为D2的定位圆、共一个,直径为D1的为定向圆、共2个,直径为D2的编码圆、共13个,且D2<D1<D0,定位圆的中心点与外围大圆中心点重合,二个定向圆内分别包含一个与其同心的编码圆,既可用于编码也可以用于定向,定位圆与定向圆用于确定人工标志点内部的基准坐标轴。2.根据权利要求1所述的一种用于相机标定的大型控制场人工标志点,其特征在于,定位圆内部恒为白色,用于该人工标志点的中心定位并用于区分直径相同的编码圆。3.根据权利要求1所述的一种用于相机标定的大型控制场人工标志点,其特征在于,所述定向圆位于编码圆外区域为环形且环形区域填充为白色。4.如权利要求1所述的一种用于相机标定的大型控制场人工标志点的编码方法,其特征在于,定向圆外部的普通编码圆共11个,白色填充对应编码位“1”、反之为0,定向圆内部的编码圆2个,黑色填充对应编码位“1”、反之为0;通过13个编码小圆的黑白两色的不同组合构建该标定用标志点的唯一性编码。5.根据权利要求4所述的一种用于相机标定的大型控制场人工标志点的编码方法,其特征在于,5.1两个定向圆的编号为0号、1号,设其中心分别为A0和A1,以定位圆中心“C”为坐标原点建立右手三维坐标系,以坐标原点到“A0”的射线为x轴正向,其反方向为x轴负方向,以坐标原点为起点且垂直于点“A0”到“A1”连线的射线为y轴正向,其反方向为y轴负方向,z轴为标志点所在平面过原点的法线。5.213个编码圆编号为0号~12号,两个定向圆中心间的距离作为编码的距离基准,仅以点A0与点C之间的距离B为基准距离设置各编码圆的位置,具体如下:(1)0号编码圆和1号编码圆分别位于其同心的定向圆内,达到与定向圆的复用,0号编码圆心坐标为(B,0),1号编码圆心坐标为(B,B);(2)4号和11号编码圆关于x轴对称,其坐...

【专利技术属性】
技术研发人员:崔红霞张芳菲李婷婷陈丽君
申请(专利权)人:渤海大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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