车载摄像机外参数交互式标定方法技术

本发明专利技术公开了一种车载摄像机外参数交互式标定方法，目的是在事先取得摄像机内参数的条件下，通过合理构造标定场景以及简单人机交互实现高精度摄像机外参数标定。技术方案是：先得到摄像机内参数；接着在平坦地面上构建拥有三条标定直线的标定场景；然后构建辅助坐标系，通过人机交互定位地面三条标定线在摄像机图像中的图形和位置，并求取标定线在世界坐标系与辅助坐标系中的坐标及其对应关系；最后利用标定线坐标及其对应关系求取摄像机外参数。采用本发明专利技术可以同时求出所有摄像机外参数，参数求解完备；采用本发明专利技术可克服摄像机镜头畸变对外参数标定的影响，保证标定过程的可靠性；本发明专利技术标定场景构造简单，实现方便、可操作性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机视觉系统中的摄像机标定方法，特别涉及一种车载摄像机外 参数交互式标定方法。
技术介绍
近年来，基于计算机视觉的汽车主动安全产品的研究日益广泛，相关实用化的 产品日渐丰富。如车道偏离提醒系统(LDWS)，车辆前撞预警系统(FCWS)和倒车 后视辅助系统等。在计算机视觉系统中，摄像机的安装与标定是一个关键性的环节，直 接决定了视觉系统的功能实现与性能指标。摄像机标定是确定摄像机内部几何和光学参数以及摄像机坐标系相对于世界坐 标系的三维位置和姿态的过程，是确定二维图像与三维场景相对关系的关键。迄今为 止，对于摄像机标定问题已提出了很多方法，摄像机标定的理论问题已得到较好的解 决，对摄像机标定的研究来说，当前的研究工作主要集中在如何针对具体的实际应用问 题，采用特定的简便、实用、快速、准确的标定方法。摄像机标定一般分为内参数标定和外参数标定，内参数与摄像机本身相关，而 外参数由安装位置决定。整个标定过程涉及三个坐标系(世界坐标系、摄像机坐标系、 图像坐标系)和两套参数(摄像机内参数、摄像机外参数)。如附附图说明图1所示，以车载前 视应用为例，图Ia为世界坐标系Ow-XwYwZw在车载前视应用中，世界坐标系也就是车体固连坐标系，以后轮中心到地面的垂足 为坐标系原点(Ow)，向前为坐标系￥双轴方向，向右为坐标系乂双轴方向，向上为坐标 系Zw轴方向(右手坐标系)，以米为单位。图Ib为摄像机坐标系Oc-XcYcZc摄像机坐标系是与摄像机固连的坐标系，以摄像机光心为坐标原点(Oc)，图像横 向像素坐标增大的方向为Xc轴方向，图像纵向像素增大的方向为Yc轴方向，Zc轴与 XeYe共同构成右手坐标系，以米为单位。图Ic为图像坐标系O1-UV图像坐标系的原点在像素坐标最小的点仏上，横向像素增大的方向定义为U轴方 向，纵向像素增大的方向定义为V轴方向，以像素为单位。三个坐标系通过两套参数联系起来世界坐标系到摄像机坐标系的变换通过外 参数得到，摄像机坐标系到图像坐标系的变换通过内参数确定。世界坐标系到摄像机坐标系的变换权利要求1. 一种，其特征在于包括以下步骤第一步，由摄像机供应商提供或通过标定得到摄像机内参数^kbk3,Pl,p2,fx,fy,cx,Cy， 其中，ki,k2,k3为径向畸变系数，P1,P2为切向畸变系数，fx,fy为以像素为单位的焦距，Cx,Cy 为图像基准点坐标；第二步，在平坦地面上构建拥有三条直线的标定场景，这三条直线称为标定线，是 在世界坐标系中的直线，使得标定线中的两条直线与载有摄像机汽车的纵轴平行，第三 条直线与前两条直线垂直相交，并且保证三条标定线与两个交点在摄像机图像中可见；第三步，构建辅助坐标系，通过人机交互定位地面三条标定线在摄像机图像中的图 形和位置，并求取标定线在世界坐标系与辅助坐标系中的坐标及其对应关系，方法是步骤1，构建辅助坐标系构建二维坐标系O’ C-X’ CY' c作为辅助坐标系，其坐标原点O’ c在摄像机坐标 系Oc-XcYcZc的(0，0，1)点，X，c轴与Xc轴平行，Y，c轴与Yc轴平行，坐标定 义为2.量测得到世界坐标系中三条标定线的两个交点的坐标a点(xi，y)和b点 (x 2 , y)，其中xi、x2是两条平行线在世界坐标系中的xw轴坐标，y是垂直线在 世界坐标系中的yw轴坐标；利用辅助坐标系中标定图形的三条直线的参数以及通用的 直线求交点算法计算得到辅助坐标系中标定图形的三条直线的三个交点的坐标a点(χ 1，y 1 )、b点(χ 2，y 2)和c点(χ ν，y ν )；其中a点与a点对应，b点与 b点对应，c点为地面两平行线在辅助坐标系中的交点即平行线消失点； 第四步，利用第三步得到的标定线坐标及其对应关系求取摄像机外参数3.2.如权利要求1所述的，其特征在于所述求取辅 助坐标系中标定图形在摄像机图像中对应的形状和位置的方法是在O’ c-x’ CY' C坐 标系中直线上等间距的选取采样点，将这些点的坐标通过公式三投影到O1-UV图像坐标 系中，连接投影后的采样点，得到对应的图形。全文摘要本专利技术公开了一种，目的是在事先取得摄像机内参数的条件下，通过合理构造标定场景以及简单人机交互实现高精度摄像机外参数标定。技术方案是先得到摄像机内参数；接着在平坦地面上构建拥有三条标定直线的标定场景；然后构建辅助坐标系，通过人机交互定位地面三条标定线在摄像机图像中的图形和位置，并求取标定线在世界坐标系与辅助坐标系中的坐标及其对应关系；最后利用标定线坐标及其对应关系求取摄像机外参数。采用本专利技术可以同时求出所有摄像机外参数，参数求解完备；采用本专利技术可克服摄像机镜头畸变对外参数标定的影响，保证标定过程的可靠性；本专利技术标定场景构造简单，实现方便、可操作性强。文档编号G06T7/00GK102013099SQ201010560809公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日专利技术者孙振平, 安向京, 谭筠 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载摄像机外参数交互式标定方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，由摄像机供应商提供或通过标定得到摄像机内参数ｋ↓［１］，ｋ↓［２］，ｋ↓［３］，ｐ↓［１］，ｐ↓［２］，ｆ↓［ｘ］，ｆ↓［ｙ］，ｃ↓［ｘ］，ｃ↓［ｙ］，其中，ｋ↓［１］，ｋ↓［２］，ｋ↓［３］为径向畸变系数，ｐ↓［１］，ｐ↓［２］为切向畸变系数，ｆ↓［ｘ］，ｆ↓［ｙ］为以像素为单位的焦距，ｃｘ，ｃｙ为图像基准点坐标；第二步，在平坦地面上构建拥有三条直线的标定场景，这三条直线称为标定线，是在世界坐标系中的直线，使得标定线中的两条直线与载有摄像机汽车的纵轴平行，第三条直线与前两条直线垂直相交，并且保证三条标定线与两个交点在摄像机图像中可见；第三步，构建辅助坐标系，通过人机交互定位地面三条标定线在摄像机图像中的图形和位置，并求取标定线在世界坐标系与辅助坐标系中的坐标及其对应关系，方法是：步骤１，构建辅助坐标系构建二维坐标系Ｏ’↓［Ｃ］－Ｘ’↓［Ｃ］Ｙ’↓［Ｃ］作为辅助坐标系，其坐标原点Ｏ’↓［Ｃ］在摄像机坐标系Ｏ↓［Ｃ］－Ｘ↓［Ｃ］Ｙ↓［Ｃ］Ｚ↓［Ｃ］的（０，０，１）点，Ｘ’↓［Ｃ］轴与Ｘ↓［Ｃ］轴平行，Ｙ’↓［Ｃ］轴与Ｙ↓［Ｃ］轴平行，坐标定义为：　＊＊＊公式四式中，（Ｘ↓［Ｃ］，Ｙ↓［Ｃ］，Ｚ↓［Ｃ］）是一个点的摄像机坐标系坐标，（Ｘ’↓［Ｃ］，Ｙ’↓［Ｃ］）是点（Ｘ↓［Ｃ］，Ｙ↓［Ｃ］，Ｚ↓［Ｃ］）对应的Ｏ’↓［Ｃ］－Ｘ’↓［Ｃ］Ｙ’↓［Ｃ］坐标系坐标；步骤２，创建标定图形在辅助坐标系中创建标定图形，该标定图形为两条竖线与一条横线，利用第一步中的摄像机内参数以及公式三求取辅助坐标系中标定图形在摄像机图像中对应的形状和位置，将标定图形叠加显示在摄像机图像上；＊＊＊公式三式中，（Ｘ↓［Ｃ］，Ｙ↓［Ｃ］，Ｚ↓［Ｃ］）是一个点的摄像机坐标系坐标，（Ｕ，Ｖ）是（Ｘ↓［Ｃ］，Ｙ↓［Ｃ］，Ｚ↓［Ｃ］）这个点对应的Ｏ↓［Ｉ］－ＵＶ图像坐标系的坐标，Ｏ↓［Ｉ］－ＵＶ图像坐标系的原点在像素坐标最小的点ＯＩ上，横向像素增大的方向定义为Ｕ轴方向，纵向像素增大的方向定义为Ｖ轴方向，以像素为单位；步骤３，通过人机交互定位标定图形根据摄像机图像中的标定图形与标定线的相对关系，采用图像处理算法或通过人机交互的方法，调整辅助坐标系Ｏ’↓［Ｃ］－Ｘ’↓［Ｃ］Ｙ’↓［Ｃ］中标定图形的三条直线的参数，使得摄像机图像中的标定图形与标定线重合；步骤４，求取标定线在世界坐标系与辅助坐标系中的坐标及其对应关系由于步骤３中摄像机图像中的标定图形与标定线已经重合，所以标定线在辅助坐标系下的坐标等于标定图形在辅助坐标系下的坐标。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭筠，安向京，孙振平，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43