一种基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法，至少获取6张待标定相机不同位姿下的平面标定板的图像，平面标定板包括一个包含若干个黑白相间单元格的棋盘格和三个标记圆点，所述平面标定板尺寸远大于相机视场；对图像采用基于生长的棋盘格角点检测算法，获取每一张图像中各个棋盘格角点的像素坐标，建立棋盘格角点间的相对位置关系，并将棋盘格角点的像素坐标与世界坐标建立一一对应关系；获取每一张图像中标记圆点的像素坐标，建立标记圆点与棋盘格角点间的相对位置关系，并确定世界坐标的原点和方向；根据张氏标定法计算待标定相机的内参、畸变、外参以及双目相机的相对旋转和平移。该发明专利技术提高了相机标定效率和准确度。率和准确度。率和准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机视觉
，尤其涉及一种基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法及系统。

技术介绍

[0002]RGBD相机使用过程中，须对RGB图像和深度图像进行配准，此过程依赖RGB模块与深度模块的双目标定结果，双目标定结果越准确，配准效果就越好。RGBD相机双目标定过程中需要采集成对、不同位姿的标定物图像。从装备成本、标定精度、标定耗时等方面综合考虑，基于平面标定板的相机标定方法较为常用。现有技术中采用标定物尺寸大多为远小于相机视场的平面标定板。基于该平面标定板，一方面，为获得准度更高的标定结果，须采集不同姿态、多个位置的图像，使得这些图像中标定板的特征点的分布总和能够覆盖相机的全部视场；另一方面，大多的特征检测算法要求各个位姿下的图像的特征点数量、排列一致，从而可建立一一对应的关系。因此该技术方案需要采集数量较多的图像，并且每副图像的特征点数量和相对位置关系是一致的。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术的目的在于提供一种基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法及系统，采用尺寸远大于相机视场的平面标定板，并基于生长的棋盘格角点检测算法构建像素坐标和世界坐标的对应关系，只需采集少量的图像就可实现不同姿态的特征点遍布视场，提升了标定效率和准确度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法，所述方法包括：
[0005]S1、至少获取6张待标定相机不同位姿下的平面标定板的图像，所述平面标定板包括一个包含若干个黑白相间单元格的棋盘格和三个标记圆点，所述平面标定板尺寸远大于相机视场；
[0006]S2、对所述图像采用基于生长的棋盘格角点检测算法，获取每一张图像中各个棋盘格角点的像素坐标，建立棋盘格角点间的相对位置关系，并将棋盘格角点的像素坐标与世界坐标建立一一对应关系；
[0007]S3、获取每一张图像中标记圆点的像素坐标，建立标记圆点与棋盘格角点间的相对位置关系，并确定世界坐标的原点和方向；
[0008]S4、根据张氏标定法计算待标定相机的内参、畸变、外参以及双目相机的相对旋转和平移。
[0009]优选的，所述步骤S1包括：
[0010]在Z轴对应待标定相机最近景深的位置采集正对、俯仰15
°
、偏摆15
°
姿态下的平面标定板图像，共采集3张图像；
[0011]在Z轴对应待标定相机中心景深的位置采集正对、俯仰-15
°
、偏摆-15
°
姿态下的平
面标定板图像，共采集3张图像。
[0012]优选的，所述步骤S2包括：
[0013]S201、以矩形棋盘格的最左三列为种子棋盘格，向左生长，得到左棋盘格；
[0014]S202、执行与所述步骤S201相同的方法，分别以矩形棋盘格的最右三列、最上三行、最下三行作为种子棋盘格，向右、上、下生长，得到右棋盘格、上棋盘格以及下棋盘格；
[0015]S203、以左棋盘格的最上3行、上棋盘的最左3列作为横向种子棋盘格、纵向种子棋盘格，进行左上区域生长，得到左上棋盘格；
[0016]S204、执行与所述步骤S203相同的方法，分别以左棋盘格的最下3行、下棋盘格的最左3列、右棋盘格的最上3行、上棋盘格的最右3列、右棋盘格的最下3行、下棋盘格的最右3列作为横向种子棋盘格、纵向种子棋盘格，进行左下区域、右上区域、右下区域生长，得到左下棋盘格、右上棋盘格、右下棋盘格；
[0017]S205、分别以左上棋盘格的最左三列，最右三列为种子棋盘格，向左、向上生长，得到左上左棋盘格、左上上棋盘格，以左上左棋盘格、左上上棋盘格作为种子棋盘格，进行左上区域生长，得到左上左上棋盘格；
[0018]S206、执行与所述步骤S205相同的方法，得到左下左棋盘格、左下下棋盘格、左下左下棋盘格、右上右棋盘格、右上上棋盘格、右上右上棋盘格、右下右棋盘格、右下下棋盘格以及右下右下棋盘格；
[0019]S207、将棋盘格进行拼接，得到额外生长的棋盘格。
[0020]优选的，所述步骤S201具体包括：
[0021]S2011、若向左生长，将种子棋盘格左右翻转，若向上生长，将种子棋盘格向下翻转；
[0022]S2012、记录当前未参与生长的角点索引、初始最大结构能量以及当前棋盘格角点数量，对种子棋盘格的每一行进行列方向的生长，得到其索引，并计算其结构能量，若结构能量满足下列条件：
[0023]结构能量<(当前棋盘格角点数量*最大结构能量+1)/(当前棋盘格角点数量)，则生长有效，记录角点索引、结构能量，并将最大结构能量更新为最大结构能量和所计算的结构能量中的最大值，将当前棋盘格角点数量累计加一，角点索引中的当前索引删去；
[0024]S2013、根据每一行的生长角点数量最大值，构建索引矩阵、第二维度能量矩阵以及第一维度能量矩阵，将所述步骤2012获得的角点索引填入所述索引矩阵中，将获得的结构能量填入第二维度能量矩阵；
[0025]S2014、构建第一维度能量矩阵，以连续长度、第一维度能量矩阵的结构能量为依据；
[0026]S2015、删去所述索引矩阵中所有元素均为零的列，将所述索引矩阵进行左右翻转，若为向上生长，则将索引矩阵取转置，并上下翻转，若为向下生长，则将索引矩阵取转置。
[0027]优选的，所述步骤S2014包括：
[0028]从左到右对所述索引矩阵的每一列，若非零角点索引构成的序列的连续长度小于3，则对角点索引为起点的每一行的被填充的元素增入索引，并将索引矩阵和索引矩阵中相应位置元素写为0，当前棋盘格角点数量减一，将最大结构能量更新为初始最大结构能量和
第二维度能量矩阵二者中的最大值，直至遍历完所有的角点索引；
[0029]从左至右对索引矩阵的每一列，若非0的角点索引构成的序列的连续长度大于等于3，则从序列起点向下，找到第一个满足序列的连续长度为3的子序列，将此子序列之前的角点索引为起点的行均置为零，将角点索引写入未参与生长的角点索引，每写入一次当前棋盘格角点数量减一，将对应位置的第二维度能量矩阵置为零，将最大结构能量更新为初始最大结构能量、第二维度能量矩阵以及第一维度能量矩阵三者中的最大值；
[0030]从左至右对索引矩阵的每一列，若非0的角点索引构成的序列的连续长度大于等于3，则找到第一个不满足条件序列的连续长度为3的子序列，将此子序列的第2、3个角点索引为起点的行均置为零，将角点索引写入未参与生长的角点索引，每写入一次当前棋盘格角点数量减一，将对应位置的第二维度能量矩阵置为零，将最大结构能量更新为初始最大结构能量、第二维度能量矩阵以及第一维度能量矩阵三者中的最大值。
[0031]优选的，所述步骤S203包括：
[0032]S2031、若为左下区域生长，将横向种子棋盘格逆时针旋转90...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法，其特征在于，所述方法包括：S1、至少获取6张待标定相机不同位姿下的平面标定板的图像，所述平面标定板包括一个包含若干个黑白相间单元格的棋盘格和三个标记圆点，所述平面标定板尺寸远大于相机视场；S2、对所述图像采用基于生长的棋盘格角点检测算法，获取每一张图像中各个棋盘格角点的像素坐标，建立棋盘格角点间的相对位置关系，并将棋盘格角点的像素坐标与世界坐标建立一一对应关系；S3、获取每一张图像中标记圆点的像素坐标，建立标记圆点与棋盘格角点间的相对位置关系，并确定世界坐标的原点和方向；S4、根据张氏标定法计算待标定相机的内参、畸变、外参以及双目相机的相对旋转和平移。2.如权利要求1所述的基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法，其特征在于，所述步骤S1包括：在Z轴对应待标定相机最近景深的位置采集正对、俯仰15
°
、偏摆15
°
姿态下的平面标定板图像，共采集3张图像；在Z轴对应待标定相机中心景深的位置采集正对、俯仰-15
°
、偏摆-15
°
姿态下的平面标定板图像，共采集3张图像。3.如权利要求2所述的基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S201、以矩形棋盘格的最左三列为种子棋盘格，向左生长，得到左棋盘格；S202、执行与所述步骤S201相同的方法，分别以矩形棋盘格的最右三列、最上三行、最下三行作为种子棋盘格，向右、上、下生长，得到右棋盘格、上棋盘格以及下棋盘格；S203、以左棋盘格的最上3行、上棋盘的最左3列作为横向种子棋盘格、纵向种子棋盘格，进行左上区域生长，得到左上棋盘格；S204、执行与所述步骤S203相同的方法，分别以左棋盘格的最下3行、下棋盘格的最左3列、右棋盘格的最上3行、上棋盘格的最右3列、右棋盘格的最下3行、下棋盘格的最右3列作为横向种子棋盘格、纵向种子棋盘格，进行左下区域、右上区域、右下区域生长，得到左下棋盘格、右上棋盘格、右下棋盘格；S205、分别以左上棋盘格的最左三列，最右三列为种子棋盘格，向左、向上生长，得到左上左棋盘格、左上上棋盘格，以左上左棋盘格、左上上棋盘格作为种子棋盘格，进行左上区域生长，得到左上左上棋盘格；S206、执行与所述步骤S205相同的方法，得到左下左棋盘格、左下下棋盘格、左下左下棋盘格、右上右棋盘格、右上上棋盘格、右上右上棋盘格、右下右棋盘格、右下下棋盘格以及右下右下棋盘格；S207、将棋盘格进行拼接，得到额外生长的棋盘格。4.如权利要求3所述的基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法，其特征在于，所述步骤S201具体包括：S2011、若向左生长，将种子棋盘格左右翻转，若向上生长，将种子棋盘格向下翻转；S2012、记录当前未参与生长的角点索引、初始最大结构能量以及当前棋盘格角点数
量，对种子棋盘格的每一行进行列方向的生长，得到其索引，并计算其结构能量，若结构能量满足下列条件：结构能量<(当前棋盘格角点数量*最大结构能量+1)/(当前棋盘格角点数量)，则生长有效，记录角点索引和结构能量，并将最大结构能量更新为最大结构能量和所计算的结构能量中的最大值，将当前棋盘格角点数量累计加一，角点索引中的当前索引删去；S2013、根据每一行的生长角点数量最大值，构建索引矩阵、第二维度能量矩阵以及第一维度能量矩阵，将所述步骤2012获得的角点索引填入所述索引矩阵中，将获得的结构能量填入第二维度能量矩阵；S2014、构建第一维度能量矩阵，以连续长度、第一维度能量矩阵的结构能量为依据，对索引、未参与生长的棋盘格索引、能量矩阵、最大结构能量更新；S2015、删去所述索引矩阵中所有元素均为零的列，将所述索引矩阵进行左右翻转，若为向上生长，则将索引矩阵取转置，并上下翻转，若为向下生长，则将索引矩阵取转置。5.如权利要求4所述的基于全视场平面标定板的RGBD双目标定方法，其特征在于，所述步骤S2014包括：从左到右对所述索引矩阵的每一列，若非零角点索引构成的序列的连续长度小于3，则对角点索引所在位置为起点的每一行均置为0，若包含非零的索引，将该索引写入到角点索引中，每写入一次时，当前棋盘格角点数量累计加一，对应位置的第二维度能量矩阵置为0，并将最大结构能量更新为初始最大结构能量、和第二维度能量矩阵和第一维度能量矩阵三者中的最大值；从左至右对索引矩阵的每一列，若非0的角点索引构成的序列的连续长度大于等于3，则从序列起点向下，找到第一个满足序列的连续长度为3的子序列，将此子序列之前的角点索引为起点的行均置为零，将角点索引写入未参与生长的角点索引，每写入一次当前棋盘格角点数量减一，对应位置的第二维度能量矩阵置为零，将最大结构能量更新为初始最大结构能量、第二维度能量矩阵以及第一维度能量矩阵三者中的最大值；从左至右对索引矩阵的每一列，若...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗义鸣，杨金峰，王蓉，黄鑫，张合勇，
申请(专利权)人：浙江光珀智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：