基于编码立体靶标的双目摄像机内外参数的快速标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于编码立体靶标的双目摄像机内外参数的快速标定方法，利用两台摄像机拍摄位于空间中的编码立体靶标，得到一组靶标图像；通过编码立体靶标的解码方法，分别获取靶标图像组中左、右摄像机拍摄的靶标图像中编码立体靶标上每个编码平面靶标的标定角点的亚像素坐标、标定角点唯一编码序号和世界坐标，满足标定条件则作为标定图像；利用张正友标定算法求解出左、右摄像机的内外参数以及两台摄像机之间的旋转和平移关系。本发明专利技术能够实现双目摄像机内外参数的自动标定，左、右摄像机只需各自拍摄一幅靶标图像，并利用靶标图像中包含的多个完整或局部的编码平面靶标图像完成标定工作，降低了摄像机标定的复杂性，提高了摄像机标定的效率。

【技术实现步骤摘要】
基于编码立体靶标的双目摄像机内外参数的快速标定方法
本专利技术涉及计算机视觉中摄像机标定方法领域，具体为一种基于编码立体靶标的双目摄像机内外参数的快速标定方法。
技术介绍
计算机视觉技术在工业控制、测量学等领域有着广泛的应用，计算机视觉技术主要是利用摄像机的成像，通过图像信息获取空间中被测物体的三维信息，由此重建和识别物体。计算机视觉技术的根本问题是摄像机标定，通过摄像机标定技术可以获得空间三维坐标与图像二维坐标之间的映射关系，摄像机标定技术是计算机视觉测量技术的研究重点，摄像机标定的任务就是求解摄像机的内外参数，摄像机标定技术得到越来越多的关注和发展。1986年RogerTsai提出了基于径向约束的摄像机标定算法，该标定算法需要3D立体靶标，使得标定过程不灵活；1999年前后，张正友(Z.YZhang)提出了基于平面靶标的摄像机标定算法，该标定算法使用了不包含方向信息和编码信息的平面靶标，标定过程中无法判断出无方向信息的平面靶标的旋转方向，并且张正友(Z.YZhang)提出的基于平面靶标的摄像机标定算法要求摄像机拍摄到完整的平面靶标，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于编码立体靶标的双目摄像机内外参数的快速标定方法，用于双目摄像机的标定图像的采集，该编码立体靶标与两台摄像机在空间相对放置，其中两台摄像机位置固定，所述编码立体靶标由基准板和基准板上连接的多个编码平面靶标组成，基准板和编码平面靶标的空间位置和姿态均可单独调节，所述编码立体靶标的基准板被划分为S个区域，其中每个区域均放置有一个编码平面靶标，其中S为整数且S＞3，所有的编码平面靶标均具有编号，且每个编码平面靶标的编号互不相同，任意两个编码平面靶标的空间姿态具有明显差异，每个编码平面靶标上的均设置有多个平行四边形编码单元，每个平行四边形编码单元的编码号互不相同，且同一个编码平面靶标上的所有...

【技术特征摘要】
20201223 CN 202011540944X1.一种基于编码立体靶标的双目摄像机内外参数的快速标定方法，用于双目摄像机的标定图像的采集，该编码立体靶标与两台摄像机在空间相对放置，其中两台摄像机位置固定，所述编码立体靶标由基准板和基准板上连接的多个编码平面靶标组成，基准板和编码平面靶标的空间位置和姿态均可单独调节，所述编码立体靶标的基准板被划分为S个区域，其中每个区域均放置有一个编码平面靶标，其中S为整数且S＞3，所有的编码平面靶标均具有编号，且每个编码平面靶标的编号互不相同，任意两个编码平面靶标的空间姿态具有明显差异，每个编码平面靶标上的均设置有多个平行四边形编码单元，每个平行四边形编码单元的编码号互不相同，且同一个编码平面靶标上的所有平行四边形编码单元的编码号具有连续性，其特征在于：所述的编码立体靶标的双目摄像机标定方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
步骤1、定义左摄像机标定靶标个数阈值G1，右摄像机标定靶标个数阈值G2，标定角点个数阈值k1，编码平面靶标个数阈值k2，外参标定靶标个数阈值G3，公共标定角点个数阈值k4，外参优化靶标个数阈值G4，其中，G1、G2、G3、G4、k1、k2、k4均为整数且G1＞3，G2＞3，G3＞1，1≤G4≤G3，k1＞4，k2＞3，k4＞1；
步骤2、将左摄像机、右摄像机同时拍摄一次空间中的编码立体靶标获得的图像分别记为左摄像机靶标图像和右摄像机靶标图像，并建立左摄像机靶标图像标定角点像素坐标系ol-xlyl和右摄像机靶标图像标定角点像素坐标系or-xryr；
步骤3、建立左摄像机的摄像机坐标系和右摄像机的摄像机坐标系；
步骤4、利用空间中相对位置和绝对位置均固定且具有公共视场的的两台摄像机同时拍摄一次空间中放置的编码立体靶标，分别获得第τ次拍摄的左摄像机靶标图像和第τ次拍摄的右摄像机靶标图像；
步骤5、记空间中第τ次移动位置上的编码立体靶标上ατ号编码平面靶标上的第1行第1个平行四边形编码单元的4个顶点中是标定角点的个数为根据数值的大小，建立对应的ατ号靶标坐标系ατ为整数且ατ∈[1，S]；
步骤6、将第τ次拍摄的左/右摄像机靶标图像作为输入条件，利用编码立体靶标的解码方法，获得第τ次拍摄的左/右摄像机靶标图像中编码平面靶标的个数第τ次拍摄的左、右摄像机靶标图像中每个编码平面靶标的编号、第τ次拍摄的左/右摄像机靶标图像中每个编码平面靶标上提取到的标定角点个数和每个标定角点在左、右摄像机靶标图像标定角点像素坐标系ol-xlyl下的亚像素坐标、第τ次拍摄的左/右摄像机靶标图像中每个编码平面靶标上提取到的标定角点的唯一编码序号，以及第τ次拍摄的左/右摄像机靶标图像中每个编码平面靶标上提取到的标定角点在左/右摄像机靶标图像标定角点像素坐标系ol-xlyl/or-xryr下的亚像素坐标和与之一一对应的在空间中编码立体靶标上具有相同唯一编码序号的标定角点在相应靶标坐标系下的靶标坐标之间的匹配关系，其中为整数且
步骤7、若且将获得的第τ次拍摄的左摄像机靶标图像上个编码平面靶标的编号按照从小到大的顺序排列，并分别记为其中均为整数；并将第τ次拍摄的左摄像机靶标图像中编号为的编码平面靶标分别记为第τ次拍摄的左摄像机靶标图像中的第1个编码平面靶标、第2个编码平面靶标、第3个编码平面靶标、…、第个编码平面靶标；
将获得的第τ次拍摄的右摄像机靶标图像上个编码平面靶标的编号按照从小到大的顺序排列，并分别记为其中均为整数；并将第τ次拍摄的右摄像机靶标图像中编号为的编码平面靶标分别记为第τ次拍摄的右摄像机靶标图像中的第1个编码平面靶标、第2个编码平面靶标、第3个编码平面靶标、…、第个编码平面靶标；
步骤8、统计左、右摄像机靶标图像中满足标定角点阈值的编码平面的个数βτ,1和βτ,2；
步骤9、若βτ,1≥G1且βτ,2≥G2，在第τ次拍摄的左摄像机靶标图像上获得了βτ,1个满足标定条件的标定靶标，在第τ次拍摄的右摄像机靶标图像上获得了βτ,2个满足标定条件的标定靶标，以及βτ,1个左摄像机标定匹配组和βτ,2个右摄像机标定匹配组；
步骤10、在左摄像机标定靶标集合中和右摄像机标定靶标集合中寻找具有相同靶标标号的编码平平面靶标的个数βτ,3，在第τ次拍摄的左摄像机靶标图像中共获得了βτ,3个外参标定靶标和βτ,3个左摄像机外参标定匹配组，在第τ次拍摄的右摄像机靶标图像中共获得了βτ,3个外参标定靶标和βτ,3个右摄像机外参标定匹配组；
步骤11、若βτ,3≥G3，定义整数变量βτ,4并赋值βτ,4＝0，取整数变量iτ并赋值iτ＝1；
步骤12、根据第τ次拍摄的第iτ个左摄像机外参标定匹配组和第τ次拍摄的第iτ个右摄像机外参标定匹配组，统计第τ次拍摄的左摄像机靶标图像中第iτ个外参标定靶标上和第τ次拍摄的右摄像机靶标图像上第iτ个外参标定靶标上具有相同标定角点唯一编码序号的同名标定角点个数
步骤13、若将βτ,4+1赋值给βτ,4，将第τ次拍摄的左摄像机靶标图像中第iτ个外参标定靶标作为第τ次拍摄的左摄像机靶标图像中第βτ,4个外参优化靶标，将第τ次拍摄的第iτ个左摄像机外参标定匹配组作为第τ次拍摄的第βτ,4个左摄像机外参优化匹配组，将第τ次拍摄的右摄像机靶标图像中第iτ个外参标定靶标作为第τ次拍摄的右摄像机靶标图像中第βτ,4个外参优化靶标，将第τ次拍摄的第iτ个右摄像机外参标定匹配组作为第τ次拍摄的第βτ,4个右摄像机外参优化匹配组；
步骤14、若βτ,4≥k3，则获得第τ次拍摄的左摄像机靶标图像中βτ,4个外参优化靶标、第τ次拍摄的βτ,4个左摄像机外参优化匹配组以及第τ次拍摄的右摄像机靶标图像中βτ,4个外参优化靶标、第τ次拍摄的βτ,4个右摄像机外参优化匹配组；
步骤15、根据获得的第τ次拍摄的βτ,1个左摄像机标定匹配组，利用单目摄像机内外参数标定算法计算出左、右摄像机的内参数和畸变系数，以及从左摄像机坐标系分别变换到空间中编码立体靶标上各个编号靶标坐标系的旋转矩阵和平移向量从右摄像机坐标系分别变换到空间中编码立体靶标上各个编号靶标坐标系的旋转矩阵和平移向量
步骤16、在旋转矩阵和平移向量中，寻找左摄像机坐标系分别变换到外参标定靶标各个编号靶标坐标系的旋转矩阵和平移向量<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱华炳，殷玉龙，杨霈，杨昭辉，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34