一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法技术

本发明专利技术公布了一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法，用于实现不怕遮挡

【技术实现步骤摘要】
一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法


[0001]本专利技术属于视觉测量
，涉及一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法
。

技术介绍

[0002]相机标定是计算机视觉研究的基础，为了在视觉测量任务中获取高精度的测量效果，对相机内参进行标定是不可或缺的一个过程
。
在传统标定方法中，张正友的棋盘标定法以其操作简单方便
、
标定精度高等特点得到了广泛的应用
。
但由于棋盘格模式的局限性，标定算法对图像噪声和模糊比较敏感，在标定过程中要保证较高的图像质量才能确保角点的提取精度，同时还要求整个标定板必须位于相机视场范围之内，标定板不能完全覆盖相机视场范围进而导致标定效果不佳
。ChArUco
标定板结合了棋盘格标定板和
ArUco
标定板的优点，
ArUco
编码具有特定的
id
和方向，使得拍摄图像即使不完整也能实现空间点与图像点的对应，标定板角点的坐标不会因为遮挡导致排序失败而无法定位，同时也能能够覆盖更大面积的视场范围，但在测量精度上并没有取得改进效果
。
圆形标定板对图像质量要求较低，结合亚像素边缘识别和圆心特征提取算法也可以保证高精度的标定结果，但同棋盘格标定板一样存在部分遮挡而导致排序失败的问题，当环境光较亮，或者相机曝光时间长以及图像畸变也有可能导致圆轮廓识别失败，或者检测精度下降
。
[0003]为保证较高的相机标定精度，需要保证标定板能覆盖相机的整个视场范围，针对大视场相机的标定，则需要制造大尺寸的标定板来满足标定要求，但是标定板过大不仅制造
、
移动过程比较复杂，携带
、
维护存在困难，同时还会遮挡场景中的有用信息
。

技术实现思路

[0004]针对传统棋盘格标定法存在图像质量要求高
、
容易因为遮挡导致标定失败
、
标定板不能完全覆盖相机视场范围进而导致标定精度不高的问题以及找到一种灵活
、
自动的大视场相机标定方式，本专利技术提供了一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法，该方法采用圆形标定板，减少对图像质量的要求，同时对圆形标记点给予编码环带，使得标定板圆点的空间坐标与编码
id
相关联，避免了在使用传统棋盘格或圆点板的标定过程中因为遮挡出现的排序失败，导致空间点与像素点无法对应的问题
。
同时使用多个编码标定板的组合标定方法，使得标定过程更加自动
、
灵活
。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0006]1)
在相机大视场中放置环形编码点标定板数个，使其占据整个视场，标定板无需完整拍摄，可以出现部分遮挡，调整好后获取多幅标定图片；
[0007]2)
对标定板上的环形编码点进行亚像素级圆心定位及解码；
[0008]3)
对于圆心成功识别定位的标志点，根据三维空间点坐标和对应的二维图像坐标，求得每个标定板平面和相机成像平面的单应性矩阵，以其中一个标定板平面作为基准平面，通过单应性变换关系将其余标定板上的特征点的空间点转换到基准平面上，将多个
小标定板组成大标定板；
[0009]4)
以每幅图像中成功的编码点的图像坐标和组合后大标定板的空间点坐标作为输入，构建重投影误差函数，对相机内部参数进行优化
。
[0010]在步骤
1)
中，环形编码点标定板由环形编码点和平面板组成，环形编码点阵列分布在平面板上，要求每个标定板上的每处标志点的编码
id
不能重复，编码点上的空间点与编码
id
对应，记录每个标定板上标志点编码
id
集合
S
n
,
其中
n
表示第
n
号标定板
。
[0011]所述步骤
2)
，具体为
:
[0012](1)
对标定板上的环形编码点采用亚像素定位算法细化标记点椭圆边缘，对提取边缘点使用距离最小二乘拟合提取圆心坐标；
[0013](2)
对环形编码点图像进行逆仿射变换并对环带上的像素点进行采样，获取二进制编码，通过循环移位取最小二进制对应的十进制为解码值
。
[0014]所述步骤
3)
，具体为
:
[0015](1)
如果某成功识别的标志点编码
id
在编码集合
S
n
找到，则该点属于标定板
n
；将识别失败以及未能识别的点剔除，将识别成功的编码标志点重新组合成新的标定板，生成新的编码
id
集合
S
n
′
；
[0016](2)
依据编码
id
将各个标定板上标记点的图像坐标与空间点坐标相匹配，可以求得各个标定板相对于成像平面的旋转和平移向量记为
R
i
、T
i
(i
＝
1,2,
···
,n)。
以第
n
号标定板为基准平面
b
，则第
i
个标定板相对于基准平面
b
的旋转和平移向量
R
ib
、T
ib
(i
＝
1,2,
···
,n
‑
1)
可以表示为
[0017](3)
设第
i(i
＝
1,2,
···
,n
‑
1)
个标定板上的编码点在
O
‑
X
i
Y
i
Z
i
空间坐标系下坐标为
P
i
，则其在
O
‑
X
b
Y
b
Z
b
空间坐标系上的坐标
M
ib
可以表示为
M
ib
＝
R
ib
M
i
+T
ib
。
[0018]所述步骤
4)
，矩阵变换过程具体为：利用非线性优化算法对大视场相机的内外参数矩阵进行迭代求解
。
[0019]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法，采用环形编码点标定板降低了对图像质量要求，避免了传统棋盘格标定板因为遮挡导致排序错误出现的空间点与像素点无法对应的问题；同时编码标定板可以完全覆盖相机视场范围使得标定精度进一步提高；在大视场相机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法其特征在于，包括以下步骤：
1)
在相机大视场中放置环形编码点标定板数个，使其占据整个视场，标定板无需完整拍摄，可以出现部分遮挡，调整好后获取多幅标定图片；
2)
对标定板上的环形编码点进行亚像素级圆心定位及解码；
3)
对于圆心成功识别定位的标志点，根据三维空间点坐标和对应的二维图像坐标，求得每个标定板平面和相机成像平面的单应性矩阵，以其中一个标定板平面作为基准平面，通过单应性变换关系将其余标定板上的特征点的空间点转换到基准平面上，将多个小标定板组成大标定板；
4)
以每幅图像中成功的编码点的图像坐标和组合后大标定板的空间点坐标作为输入，构建重投影误差函数，对相机内部参数进行优化
。2.
根据权利要求1所述一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法，其特征在于：在步骤
1)
中，环形编码点标定板由环形编码点和平面板组成，环形编码点阵列分布在平面板上，要求每个标定板上的每处标志点的编码
id
不能重复，编码点上的空间点与编码
id
对应，记录每个标定板上标志点编码
id
集合
S
n
,
其中
n
表示第
n
号标定板
。3.
根据权利要求1所述一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法，其特征在于，所述步骤
2)
，具体为
:(1)
对标定板上的环形编码点采用亚像素定位算法细化标记点椭圆边缘，对提取边缘点使用距离最小二乘拟合提取圆心坐标；
(2)
对环形编码点图像进行逆仿射变换并对环带上的像素点进行采样，获取二进制编码，通过循环移位取最小二进制对应的十进制为解码值
。4.
根据权利要求1所述一种基于多个环形编码点标定板的大视场相机标定方法，其特征在于，所述步骤
3)
，具体为：
(1)
如果某成功识别的标志点编码
id
在编码集合
S

【专利技术属性】
技术研发人员：程云勇，覃海波，冶文广，窦浩，张文淼，王泽川，徐茂盛，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：