基于无人机的相机内参自动标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无人机的相机内参自动标定方法

【技术实现步骤摘要】
基于无人机的相机内参自动标定方法、系统及电子设备


[0001]本专利技术涉及相机参数标定
，特别是涉及一种基于无人机的相机内参自动标定方法
、
系统及电子设备
。

技术介绍

[0002]目前相机内参标定方法是基于对棋盘格上的角点进行检测和匹配，通过最小化重投影误差来估计相机的内部参数和畸变参数
。
首先，标定板上的棋盘格图案在标定图像中被拍摄并检测出角点
。
角点检测算法通常基于特征点检测方法，例如
Harris
角点检测或
Shi
‑
Tomasi
角点检测，之后将检测到的角点与标定板上的理论角点进行匹配
。
标定板的几何结构和已知尺寸使得角点匹配成为可能，通过最小化重投影误差来估计相机的内部参数和畸变参数
。
重投影误差是指通过标定参数将理论角点投影回图像平面，并计算其与实际检测到的角点之间的差异，使用非线性优化算法
(
例如
Levenberg
‑
Marquardt
算法
)
迭代地调整内参和畸变参数，以使重投影误差最小化
。
[0003]在标定过程中，由于需要通过人手持标定板来拍摄标定图像，这导致了标定板的位置和角度的不稳定性
。
由于角点检测和匹配依赖于标定板的准确位置，不稳定的标定板位置会引入角点位置的不确定性和误差
。
除此之外，当人手持标定板时，摄像机和标定板之间的相对姿态可能发生变化
。
例如，人手的抖动
、
标定板的旋转或倾斜
、
摆放的位置等因素都会导致姿态的变化
。
这些姿态变化会影响角点的检测和匹配过程，从而影响内参和畸变参数的估计结果
。
另外，人手持标定板时，由于人员还需要手动调整标定板的位置和角度，对于大批量相机来说这需要花费大量人力和时间去完成内参标定
。
这些问题增加了标定的复杂性和耗时性，限制了标定的效率和精度
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于无人机的相机内参自动标定方法
、
系统及电子设备，解决了大批量相机内参在标定过程中需要人为干预的问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于无人机的相机内参自动标定方法，包括：
[0007]确定棋盘格标定板的尺寸信息
、
棋盘格标定板相对于无人机的安装位置以及相机在世界坐标系的安装位置；
[0008]根据棋盘格标定板的尺寸信息和相机的视野信息，布置标定场景；
[0009]在标定场景中，将目标无人机按照预设轨迹进行运动，以获取标定所需的目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据；其中，所述目标无人机为固定好棋盘格标定板的无人机；所述预设轨迹是根据相机内参误差和迭代优化算法确定的；
[0010]根据棋盘格标定板相对于无人机的安装位置
、
相机在世界坐标系的安装位置
、
目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据，标定相机内参数
。
[0011]可选地，根据棋盘格标定板的尺寸信息和相机的视野信息，布置标定场景，具体包
括：
[0012]根据棋盘格标定板的尺寸信息和相机的视野信息，确定目标无人机放置范围；其中，棋盘格标定板表面平整且不反光，棋盘格标定板与无人机刚性连接
。
[0013]可选地，根据棋盘格标定板相对于无人机的安装位置
、
相机在世界坐标系的安装位置
、
目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据，标定相机内参数，具体包括：
[0014]根据棋盘格标定板相对于无人机的安装位置
、
目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据，确定棋盘格角点在像素坐标系中的坐标和在世界坐标系中的坐标；
[0015]根据相机在世界坐标系的安装位置和目标无人机的位姿数据，确定目标无人机相对于相机的旋转矩阵和平移矢量；
[0016]根据目标无人机相对于相机的旋转矩阵和平移矢量
、
棋盘格角点在像素坐标系和世界坐标系中的坐标关系
、
以及棋盘格角点在像素坐标系中的坐标和在世界坐标系中的坐标，计算相机的内参矩阵和畸变参数
。
[0017]可选地，根据棋盘格标定板相对于无人机的安装位置
、
目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据，确定棋盘格角点在像素坐标系中的坐标和在世界坐标系中的坐标，具体包括：
[0018]将相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据和无人机的位姿数据进行时间同步；
[0019]根据时间同步后的照片数据，确定棋盘格角点在像素坐标系中的坐标；
[0020]根据时间同步后的位姿数据和棋盘格标定板相对于无人机的安装位置，确定棋盘格标定板中各角点坐标在世界坐标系中的坐标
。
[0021]可选地，预设轨迹确定过程为：
[0022]获取当前迭代次数确定的目标无人机的行驶轨迹；
[0023]根据当前迭代次数确定的目标无人机的行驶轨迹，确定当前迭代次数确定的相机内参数，并根据当前迭代次数确定的相机内参数，确定当前迭代次数的相机内参数误差；
[0024]将当前迭代次数得到的相机内参误差与上一次迭代次数得到的相机内参误差进行比较；
[0025]若当前迭代次数得到的相机内参误差优于上一次迭代次数得到的相机内参误差，则保留当前迭代次数确定的目标无人机的行驶轨迹；
[0026]若上一次迭代次数得到的相机内参误差优于当前迭代次数得到的相机内参误差，则保留上一次迭代次数确定的目标无人机的行驶轨迹；
[0027]判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数；
[0028]若当前迭代次数未达到预设迭代次数，则将当前迭代次数加1，并更新当前迭代次数确定的目标无人机的行驶轨迹，将当前迭代次数保留的目标无人机的行驶轨迹确定为上一次迭代次数确定的目标无人机的行驶轨迹以及当前迭代次数保留的目标无人机的行驶轨迹所对应的相机内参误差确定为上一次迭代次数得到的相机内参误差，返回根据当前迭代次数确定的目标无人机的行驶轨迹，确定当前迭代次数确定的相机内参数，并根据当前迭代次数确定的相机内参数，确定当前迭代次数的相机内参数误差的步骤；
[0029]若当前迭代次数达到预设迭代次数，则结束迭代优化过程，并将当前迭代次数保
留的目标无人机的行驶轨迹确定为预设轨迹
。
[0030]可选地，目标无人机的行驶轨迹的确定过程为：
[0031]根据目标无人机的位姿数据，结合相机的视场角约束和前后距离约束，确定目标无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于无人机的相机内参自动标定方法，其特征在于，包括：确定棋盘格标定板的尺寸信息
、
棋盘格标定板相对于无人机的安装位置以及相机在世界坐标系的安装位置；根据棋盘格标定板的尺寸信息和相机的视野信息，布置标定场景；在标定场景中，将目标无人机按照预设轨迹进行运动，以获取标定所需的目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据；其中，所述目标无人机为固定好棋盘格标定板的无人机；所述预设轨迹是根据相机内参误差和迭代优化算法确定的；根据棋盘格标定板相对于无人机的安装位置
、
相机在世界坐标系的安装位置
、
目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据，标定相机内参数
。2.
根据权利要求1所述的一种基于无人机的相机内参自动标定方法，其特征在于，根据棋盘格标定板的尺寸信息和相机的视野信息，布置标定场景，具体包括：根据棋盘格标定板的尺寸信息和相机的视野信息，确定目标无人机放置范围；其中，棋盘格标定板表面平整且不反光，棋盘格标定板与无人机刚性连接
。3.
根据权利要求1所述的一种基于无人机的相机内参自动标定方法，其特征在于，根据棋盘格标定板相对于无人机的安装位置
、
相机在世界坐标系的安装位置
、
目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据，标定相机内参数，具体包括：根据棋盘格标定板相对于无人机的安装位置
、
目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据，确定棋盘格角点在像素坐标系中的坐标和在世界坐标系中的坐标；根据相机在世界坐标系的安装位置和目标无人机的位姿数据，确定目标无人机相对于相机的旋转矩阵和平移矢量；根据目标无人机相对于相机的旋转矩阵和平移矢量
、
棋盘格角点在像素坐标系和世界坐标系中的坐标关系
、
以及棋盘格角点在像素坐标系中的坐标和在世界坐标系中的坐标，计算相机的内参矩阵和畸变参数
。4.
根据权利要求3所述的一种基于无人机的相机内参自动标定方法，其特征在于，根据棋盘格标定板相对于无人机的安装位置
、
目标无人机的位姿数据和相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据，确定棋盘格角点在像素坐标系中的坐标和在世界坐标系中的坐标，具体包括：将相机所拍到的棋盘格标定板的照片数据和无人机的位姿数据进行时间同步；根据时间同步后的照片数据，确定棋盘格角点在像素坐标系中的坐标；根据时间同步后的位姿数据和棋盘格标定板相对于无人机的安装位置，确定棋盘格标定板中各角点坐标在世界坐标系中的坐标
。5.
根据权利要求1所述的一种基于无人机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲华燕，刘晗，王刚，刘鸿亮，肖韧，罗均，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：