一种对多相机系统的标定方法，包括以下步骤： 步骤１：操作由共线的三个或三个以上标志点构成的标定部件在多相机系统工作区域内作刚体运动；标定部件作一次运动多相机系统中的每个相机各采集一幅图像，得到对应于标定部件当前位姿的一组图像；操作标定部件作多次运动得到不同位姿标定部件的多组图像； 步骤２：将多相机系统拍摄的标定部件的多组图像输入计算机； 步骤３：多组图像中的每一组对应于标定部件的一个位姿，对于某一位姿下的标定部件上的某一个标志点，从该位姿对应的一组图像中的每一幅提取出该标志点的图像点坐标，并将得到的这些图像点作为一组图像点对应；由于标定部件上具有多个标志点以及标定部件作多次运动，则从多组图像可得到所有的标志点的图像点坐标和多组图像点对应关系； 步骤４：对步骤３得到的图像点坐标和对应关系、以及标定部件的几何信息进行线性标定求解多相机系统的投影矩阵； 步骤５：将求解的多相机系统的投影矩阵结果作为初始值，对初始值进行非线性优化得到更精确的标定结果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机视觉的三维重建、运动捕捉等领域，特别涉及多 相机系统的标定。
技术介绍
多相机系统(包括多摄像机或多照相机系统)可广泛应用于三维重 建，视觉监控，影视、动画和游戏开发制作中的动作数据捕捉，体育运 动分析和训练指导，以及医学研究、康复医疗中的步态分析等诸多领域。 使用多相机系统的重要一步是对系统进行标定，即确定各个相机的投影 矩阵或进一步将每个投影矩阵分解为内、外参数。传统的多相机系统标定方法一般是借助三维标定块或者二维平面标定模板(Zhang Z Y. Flexible camera calibration by viewing a plane from unknown orientations, In: Proceedings of the ICCV'99, Kerkya, Greece, 1999. 666-673)进行标定，由于上述两类标定部件自身存在遮挡，无法同 时标定出多相机系统的所有的相机，只能依次标定相邻两个相机，最后 再进行坐标变换统一到一个坐标系下，因而这种方法十分耗时，而且标 定的外参数通常存在累积误差。另一类方法是借助特定的标定部件通过 静态标定和动态标定两步对系统进行标定(Vicon Motion Systems, VICON 5U manuals, pp.43-52,186-190)，这类方法可在一定程度上提高标 定的精度和效率。这种方法在静态标定阶段利用由两个标志点(为利用数 据的冗余信息降低噪声的影响，也可多设置几个标志点)构成的一维标定 部件进行标定，其本质是对摄像机内参数进行一定的假设利用自标定技 术进行标定，然后利用标定部件提供的度量信息将标定结果提升到欧氏 意义下，但自标定技术存在众所周知的精度低鲁棒性差的缺点，并且该 方法由于需要利用两种标定部件分步标定，仍存在效率和精度较低的问题。近年来，随着计算机视觉的发展和应用，人们开始探索新的摄像机标定方法，Zhang提出了利用一维标定部件体对摄像机进行标定(Zhang Z Y. Camera calibration with one-dimensional objects. IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 26(7): 892-899, 2004)。但是Zhang的方 法需要一维标定部件上的一个点固定不动，且一维标定部件只能绕着该 固定点转动，在具体实现时， 一方面很难严格的绕固定点转动，这会严 重影响标定的精度；另一方面操作者的身体会遮挡某些相机，无法同时 对整个系统进行标定。这限制了该方法的实际应用。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种较为简便、实用、 快速并具有较高精度和鲁棒性的多相机系统的标定方法。为了实现上述目的，本专利技术的一方面是提供一种多相机系统的标定 方法，包括步骤如下步骤1:操作由共线的三个或三个以上标志点构成的标定部件在多 相机系统工作区域内作刚体运动；标定部件作一次运动多相机系统中的 每个相机各采集一幅图像，得到对应于标定部件当前位姿的一组图像； 操作标定部件作多次运动得到不同位姿标定部件的多组图像；步骤2:将多相机系统拍摄的标定部件的多组图像输入计算机；步骤3:多组图像中的每一组对应于标定部件的一个位姿，对于某 一位姿下的标定部件上的某一个标志点，从该位姿对应的一组图像中的 每一幅提取出该标志点的图像点坐标，并将得到的这些图像点作为一组 图像点对应；由于标定部件上具有多个标志点以及标定部件作多次运动， 则从多组图像可得到所有的标志点的图像点坐标和多组图像点对应关 系；步骤4:对步骤3得到的图像点坐标和对应关系、以及标定部件的几何信息进行线性标定求解多相机系统的投影矩阵；步骤5:将求解的多相机系统的投影矩阵结果作为初始值，对初始值进行非线性优化得到更精确的标定结果。根据本专利技术的实施例，所述线性标定同时利用了所有的标志点的图 像点之间的极几何关系，根据标定部件提供的几何信息和标志点的图像 点，按照射影意义、仿射意义和欧氏意义逐层提升标定结果，并且在将 标定结果由射影意义提升到仿射意义时，利用射影变换保持交比不变的 性质确定标定部件对应的无穷远点的图像坐标，并由此估计出第一个相 机与其余每个相机之间的无穷远单应矩阵，求出射影坐标系下无穷远平 面的法向量，进而利用该法向量得到仿射意义下的标定结果。根据本专利技术的实施例，所述的线性标定包括如下步骤1) 确定射影意义下的投影矩阵根据图像点的坐标和对应关系，利 用计算机视觉中的极几何知识恢复出射影意义下多相机系统的投影矩 阵；2) 确定仿射意义下的投影矩阵利用标定部件提供的几何信息和标 定部件的图像点，确定无穷远平面的法向量，得到无穷远单应矩阵即为 由无穷远平面确定的两个图像平面之间的一一对应的射影变换，单应矩 阵将射影意义下的投影矩阵提升到仿射意义；3) 确定欧氏意义下的投影矩阵标定部件上的标志点之间的距离信 息己知，根据这一约束利用仿射意义下的投影矩阵和标志点的图像坐标 构造方程组，求出欧氏意义下的多相机系统的投影矩阵。根据本专利技术的实施例，所述非线性优化方法包括以每个相机的投 影矩阵和标志点的三维坐标为优化变量，以图像中提取的标志点图像坐 标与估计的标志点的重投影图像坐标之间的距离和为代价函数，以线性 标定的结果为初始值进行非线性优化处理。根据本专利技术的实施例，所述标定方法，对多相机系统整体进行一次 性标定。为了实现上述目的，本专利技术的另一方面是提供一种多相机系统的标 定装置，包括标定部件位于多相机系统的工作区域内，标定部件与长柄固定连接， 长柄用于控制标定部件在多相机系统的工作区域内运动；多相机系统拍 摄在其工作区域内运动标定部件的图像，用于对多相机系统进行标定。根据本专利技术的实施例，所述标定部件上含有共线的三个或三个以上的球形体构成标志点，在标定部件上任意设置标志点之间的距离。根据本专利技术的实施例，根据使用要求球形体采用发光、反光或与标定环境颜色有显著区别颜色的小球构成。根据本专利技术的实施例，在手柄的一端有直角构件或螺母与标定部件固定连接，使标定部件与手柄构成直角。根据本专利技术的实施例，在标定过程中，标定部件在工作区域内作刚体运动。本专利技术提供的标定方法和装置可以对整个多相机系统进行一次性标 定，而不需要对每台相机分别进行标定或利用多个标定部件分步标定， 克服了现有标定方法存在的难以实现、引入遮挡等问题，具有较为简便、 实用、标定精度高、鲁棒性好等特点，使多相机系统的标定效率和精度 得以提咼°附图说明图l是本专利技术多相机系统标定装置示意图； 图2是本专利技术标定方法的流程图；图3是本专利技术标定部件结构示意图；图4是本专利技术利用直角扣件加装手柄后的标定部件示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术加以详细说明，应指出的是，所描述的实 施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。多相机系统通常要求摄像机或照相机从多个角度拍摄物体。当待重 建物体或人位于多相机系统的工作区域内时，多相机系统可以获取待重 建物体或人在同一时刻不同观察角度的图像，利用多相机系统的标定结 果可以计算出待重建物体或人的三维信息，实现运动捕捉等目标。因而 标定是该系统最基本和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对多相机系统的标定方法，包括以下步骤：步骤１：操作由共线的三个或三个以上标志点构成的标定部件在多相机系统工作区域内作刚体运动；标定部件作一次运动多相机系统中的每个相机各采集一幅图像，得到对应于标定部件当前位姿的一组图像；操作标定部件作多次运动得到不同位姿标定部件的多组图像；步骤２：将多相机系统拍摄的标定部件的多组图像输入计算机；步骤３：多组图像中的每一组对应于标定部件的一个位姿，对于某一位姿下的标定部件上的某一个标志点，从该位姿对应的一组图像中的每一幅提取出该标志点的图像点坐标，并将得到的这些图像点作为一组图像点对应；由于标定部件上具有多个标志点以及标定部件作多次运动，则从多组图像可得到所有的标志点的图像点坐标和多组图像点对应关系；步骤４：对步骤３得到的图像点坐标和对应关系、以及标定部件的几何信息进行线性标定求解多相机系统的投影矩阵；步骤５：将求解的多相机系统的投影矩阵结果作为初始值，对初始值进行非线性优化得到更精确的标定结果。
【技术特征摘要】
1. 一种对多相机系统的标定方法，包括以下步骤步骤1操作由共线的三个或三个以上标志点构成的标定部件在多相机系统工作区域内作刚体运动；标定部件作一次运动多相机系统中的每个相机各采集一幅图像，得到对应于标定部件当前位姿的一组图像；操作标定部件作多次运动得到不同位姿标定部件的多组图像；步骤2将多相机系统拍摄的标定部件的多组图像输入计算机；步骤3多组图像中的每一组对应于标定部件的一个位姿，对于某一位姿下的标定部件上的某一个标志点，从该位姿对应的一组图像中的每一幅提取出该标志点的图像点坐标，并将得到的这些图像点作为一组图像点对应；由于标定部件上具有多个标志点以及标定部件作多次运动，则从多组图像可得到所有的标志点的图像点坐标和多组图像点对应关系；步骤4对步骤3得到的图像点坐标和对应关系、以及标定部件的几何信息进行线性标定求解多相机系统的投影矩阵；步骤5将求解的多相机系统的投影矩阵结果作为初始值，对初始值进行非线性优化得到更精确的标定结果。2、 按权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述的线性标定同 时利用了所有的标志点的图像点之间的极几何关系，根据标定部件1提 供的几何信息和标志点的图像点，按照射影意义、仿射意义和欧氏意义 逐层提升标定结果，并且在将标定结果由射影意义提升到仿射意义时， 利用射影变换保持交比不变的性质确定标定部件对应的无穷远点的图像 坐标，并由此估计出第一个相机与其余每个相机之间的无穷远单应矩阵， 求出射影坐标系下无穷远平面的法向量，进而利用该法向量得到仿射意 义下的标定结果。3、 按权利要求l、 2所述的线性标定方法，其特征在于，线性标定包括如下步骤l)确定射影意义下的投影矩阵根据图像点的坐标和对应关系，利即被触发导通，电流经过被选定某一个规格的PTC (1-3之间)，经分 线开关FK构成回路。由于回路中没有任何负载，电流表A显示的数 据应为粗调约定量的最大。此时可利用细调电位器W3作精度调整， 以保证被测定的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴福朝，王亮，胡占义，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11
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