基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法。建立球坐标系，将所有检测线段的交点投影到坐标系下的单位球上；对方位角按照角度进行分割，对天顶角结合角度与累加单元格面积进行分割，建立一个非均匀分割累加表，并使用线段交点的投影更新；任意采样多组线段，每组中包含两条线段；根据两条线段对应同一个消隐点或不同消隐点的情况，根据线段的平行性在球坐标系或线段的正交性在球坐标系下分别建立旋转矩阵假设；分别计算每一个旋转矩阵假设在非均匀分割累加表中的累加值，输出对应累加值最大的旋转矩阵作为最终结果。本发明专利技术可以准确进行消隐点检测，获取相机相对于世界坐标系的旋转矩阵，极大提升相机外参标定准确率。升相机外参标定准确率。升相机外参标定准确率。

【技术实现步骤摘要】
基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法


[0001]本专利技术涉及标定领域中的相机外参标定，特别涉及一种基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法。

技术介绍

[0002]计算机视觉技术被广泛应用到实际场景中，例如检测跟踪、三维重建、速度估计等。相机外参标定是计算机视觉应用中的关键环节，其决定了相机坐标系与世界坐标系之间旋转和平移的变换关系，标定结果直接影响到后续检测、跟踪等步骤的准确性。因此，设计一个准确的相机外参标定方法在实际应用中十分重要。
[0003]在实际场景结构中，存在许多相互平行的直线，这些直线经过透视投影，在图像上交于一点，该点则被称为消隐点。消隐点检测在相机外参标定中发挥着重要作用，一种常见的方法是利用图像中的线段信息计算出消隐点的位置，得到相机相对于场景的旋转变换，但这种方法中的旋转矩阵没有受到正交的约束，在已知的相机内参下，旋转矩阵不能确保正交。另一种方法是先在空间中生成多个旋转矩阵的假设，并将其投影到图像上得到多组正交的消隐点，再根据线段信息优化得到最终结果，这种方法确保了旋转矩阵的正交性，但在假设生成以及优化方面需要花费较长时间。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法，该方法克服现有外参标定存在的问题，其原理简单、效率高，且确保了旋转矩阵的正交性，能广泛应用于需要相机外参标定的场景中。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1、以相机光心为原点建立球坐标系，将图像上的线段交点投影到该坐标系下的单位球上，得到坐标(θ，φ)，其中θ代表该点与x轴正半轴的方位角，φ代表该点与z轴正半轴的天顶角；
[0007]步骤S2、将单位球进行非均匀分割，在球面上构建一个非均匀分割累加表T(i，j)，用于累加图像中线段交点在球面上的投影，其中i对应方位角θ，j对应天顶角φ；
[0008]步骤S3、在图像上任意采样S组线段，每组中包含两条线段，根据图中对应消隐点线段的平行性与正交性，在球坐标系中构建多个旋转矩阵假设R＝[r
1 r
2 r3]；
[0009]步骤S4、在非均匀分割累加表中查找每个旋转矩阵假设对应的累加值；
[0010]步骤S5、输出假设中对应累加值最大的旋转矩阵作为最终结果。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0012]步骤S11、在图像中检测得到N条线段，并计算出所有线段的交点(u，v)；
[0013]步骤S12、利用相机内参，将图像平面上的点(u，v)转换到相机坐标系下，得到P
C
＝(X，Y，Z)；
为r1与r2的叉乘；
[0025]步骤S34、对步骤S32与步骤S33重复S次，考虑旋转矩阵的对称性，一共构建步骤S34、对步骤S32与步骤S33重复S次，考虑旋转矩阵的对称性，一共构建个旋转矩阵假设。
[0026]在本专利技术一实施例中，所述步骤S4具体包括以下步骤：
[0027]步骤S41、对每一个旋转矩阵假设，计算其r1、r2与r3在非均匀分割累加表上对应的T(i1，j1)、T(i2，j2)与T(i3，j3)；
[0028]步骤S42、每一个旋转矩阵假设的累加值为T(i1，j1)+T(i2，j2)+T(i3，j3)。
[0029]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术方法可以准确进行消隐点检测，获取相机相对于世界坐标系的旋转矩阵，极大提升相机外参标定准确率；本专利技术方法，其原理简单、效率高，且确保了旋转矩阵的正交性，能广泛应用于需要相机外参标定的场景中。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例的结构框图。
[0031]图2为本专利技术实施例中步骤S1图像上的点投影到球坐标系的示意图。
[0032]图3为本专利技术实施例中步骤S22按角度分割天顶角φ的示意图。
[0033]图4为本专利技术实施例中步骤S23按累加单元格面积分割天顶角φ的示意图。
[0034]图5为本专利技术实施例中步骤S32根据平行性构建旋转矩阵假设的示意图。
[0035]图6为本专利技术实施例中步骤S32根据正交性构建旋转矩阵假设的示意图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。
[0037]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0038]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0039]如图1所示，本实施例提供了一种基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法，包括如下步骤：
[0040]步骤S1、以相机光心为原点建立球坐标系，将图像上的线段交点投影到该坐标系下的单位球上，得到坐标(θ，φ)，其中θ代表该点与x轴正半轴的方位角，φ代表该点与z轴正半轴的天顶角；
[0041]步骤S2、将单位球进行非均匀分割，在球面上构建一个非均匀分割累加表T(i，j)，用于累加图像中线段交点在球面上的投影，其中i对应方位角θ，j对应天顶角φ；
[0042]步骤S3、在图像上任意采样S组线段，每组中包含两条线段，根据图中对应消隐点线段的平行性与正交性，在球坐标系中构建多个旋转矩阵假设R＝[r
1 r
2 r3]；
[0043]步骤S4、在非均匀分割累加表中查找每个旋转矩阵假设对应的累加值；
[0044]步骤S5、输出假设中对应累加值最大的旋转矩阵作为最终结果。
[0045]如图2所示，在本实施例中，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0046]步骤S11、在图像中检测得到N条线段，并计算出所有线段的交点(u，v)；
[0047]步骤S12、利用相机内参，将图像平面上的点(u，v)转换到相机坐标系下，得到P
C
＝(X，Y，Z)；
[0048]步骤S13、利用相机坐标系到球坐标系的变换公式，将P
C
投影到球坐标系下的单位球上，得到其在球坐标系下的坐标(θ，φ)，其中取值范围分别为θ∈[0，2π)与
[0049]在本实施例中，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0050]步骤S21、对方位角θ进行分割，以1
°
为精度，将其分为N
θ
＝360等份，其中，方位角θ可表示为
[0051]步骤S22、对天顶角进行分割，以1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、以相机光心为原点建立球坐标系，将图像上的线段交点投影到该坐标系下的单位球上，得到坐标(θ，φ)，其中θ代表该点与x轴正半轴的方位角，φ代表该点与z轴正半轴的天顶角；步骤S2、将单位球进行非均匀分割，在球面上构建一个非均匀分割累加表T(i，j)，用于累加图像中线段交点在球面上的投影，其中i对应方位角θ，j对应天顶角φ；步骤S3、在图像上任意采样S组线段，每组中包含两条线段，根据图中对应消隐点线段的平行性与正交性，在球坐标系中构建多个旋转矩阵假设R＝[r
1 r
2 r3]；步骤S4、在非均匀分割累加表中查找每个旋转矩阵假设对应的累加值；步骤S5、输出假设中对应累加值最大的旋转矩阵作为最终结果。2.根据权利要求1所述的基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11、在图像中检测得到N条线段，并计算出所有线段的交点(u，v)；步骤S12、利用相机内参，将图像平面上的点(u，v)转换到相机坐标系下，得到P
C
＝(X，Y，Z)；步骤S13、利用相机坐标系到球坐标系的变换公式，将P
C
投影到球坐标系下的单位球上，得到其在球坐标系下的坐标(θ，φ)，其中取值范围分别为θ∈[0，2π)与3.根据权利要求1所述的基于非均匀分割累加表和正交消隐点的相机外参标定方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21、对方位角θ进行分割，以1
°
为精度，将其分为N
θ
＝360等份，其中，方位角θ可表示为步骤S22、对天顶角进行分割，以1
°
为精度，将其分为N
φ
＝60等份，其中，天顶角φ可表示为步骤S23、对天顶角进行分割，确保每个累加单元格的面积相同，将其分为N
′
φ
＝200等份，其中，天顶角φ可表示为步骤S24、建立非均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思宁，郭恩特，吴林煌，
申请(专利权)人：福州视驰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：