一种无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法，包括：获取左、右相机的初始内参和初始外参；获取控制点P的三维坐标；转动左相机，控制点P在图像上的坐标发生偏移，得到相机图像坐标偏移量；建立观测方程，通过相机的初始角度计算得到第一观测矩阵；计算得到相机旋转角度；将相机旋转角度与旋转前角度相加得到相机当前角度，实现相机外参标定和相机的实时动态外参标定；完成左相机的动态外参标定，再完成右相机的动态外参标定。本发明专利技术还公开了一种无需依赖云台角度的相机动态外参标定装置。本发明专利技术是根据实际控制点P在图像上的偏移对相机外参进行计算，成本更低，仅需在三维空间中布置一个控制点即可完成测量，实现过程较为简单方便。单方便。单方便。

【技术实现步骤摘要】
一种无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法及装置


[0001]本专利技术涉及机器视觉
，尤其是一种无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法及装置。

技术介绍

[0002]固定式双目立体视觉测量方法广泛的应用在机器人、无人机等领域，但由于其视场有限对于运动目标超出相机视场的特殊情况，采用固定式的相机云台无法满足相应的视觉检测要求。而运动云台相机具有视角可变的特点，能够获取多个相机姿态下的场景图像，扩大了目标的视觉跟踪范围，从而能够实现目标的跟踪与测量。
[0003]理想云台相机模型下，云台坐标系与相机坐标完全重合可通过云台的旋转角度直接获取相机的外参。但是实际情况下主要有两大难点：一、相机的光心难以确定，不能完全保证相机中心与云台中心完全重合。二、云台旋转两轴无法完全正交。
[0004]目前云台相机标定的方法主要分为两种，第一种是建立准同心云台相机模型来进行外参标定，在[苑云,朱肇昆,张小虎,等.准同心广义经纬相机的成像模型及高精度标定[J].光学学报,2012(07):176
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187.]中，宛云等人提出将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：(1)采用张正友相机标定方法分别对左相机、右相机进行标定，分别获取左相机的初始内参K1和初始外参R1、T1，右相机的初始内参K2和初始外参R2、T2；所述初始内参用于反映相机坐标系到图像坐标系之间的转换关系，所述初始外参用于反映相机坐标系到世界坐标系之间的转换关系；(2)在左相机、右相机的公共视场内布置一个控制点P，通过左相机、右相机实现三维重建，获取控制点P的三维坐标(X、Y、Z)；(3)转动固定在左二轴云台上的左相机，控制点P在图像上的坐标发生偏移，将旋转后的图像坐标减去旋转前的图像坐标得到相机图像坐标偏移量(dx、dy)；根据相机图像坐标偏移量(dx、dy)与相机旋转角度之间的关系建立观测方程，通过相机的初始角度(0，0)计算得到第一观测矩阵H1；(4)将相机图像坐标偏移量(dx，dy)作为观测值，相机k
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1时刻旋转过角度作为状态量分别输入卡尔曼滤波公式计算，计算得到相机旋转角度；(5)将相机旋转角度与旋转前角度相加得到相机当前角度，实现相机外参标定；根据相机当前角度计算得到第二观测矩阵H2；当相机继续转动时，将得到的第二观测矩阵H2用于下一次卡尔曼滤波公式计算，重复步骤(4)至步骤(5)，实现相机的实时动态外参标定；按步骤(3)至步骤(5)的操作单独完成左相机的动态外参标定，再按步骤(3)至步骤(5)的操作单独完成右相机的动态外参标定。2.根据权利要求1所述的无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法，其特征在于：在步骤(1)中，根据张正友标定法得到分别得到左相机、右相机旋转前的初始内参和初始外参；左相机、右相机的内参和外参表达式一致，以左相机初始内参和外参为例：式中，K1为左相机的初始内参，反映相机坐标系O
L
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X
C
Y
C
Z
C
到图像坐标系I
L
‑
uv之间的转换关系，其中f
x
和f
y
为行列方向上的等效焦距，而(u1，v1)为相机主点；式中，R1，T1为左相机初始外参，分别表示旋转前相机相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。3.根据权利要求1所述的无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法，其特征在于：在步骤(2)中,在空间中布置一个控制点P，则控制点P的世界坐标到到图像坐标的转换有：
其中，Z
L
、Z
R
分别为左相机和右相机的比例因子，M
L
为左相机内参与外参的乘积，M
R
为右相机内参与外参的乘积，(X,Y,Z)为控制点P的世界坐标；(u
L
,v
L
)和(u
R
,v
R
)分别为控制点P在左相机、右相机上的图像坐标；由公式(3)、(4)推导出：根据最小二乘法求解(5)中的X，Y，Z得到控制点P的世界坐标。4.根据权利要求1所述的无需依赖云台角度的相机动态外参标定方法，其特征在于：在步骤(3)中，左二轴云台进行俯仰与偏航运动，旋转过程中控制点P的世界坐标不变；建立出云台旋转后，控制点P从世界坐标(X,Y,Z)与到左相机的相机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进，熊潇楠，尚青，夏豪杰，李维诗，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：