[发明专利]一种多摄像机阵列的联合标定方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种属于摄像机标定领域的不同分辨率摄像机阵列的标定方法。 

背景技术

使用多摄像机阵列系统进行测量，必须首先进行摄像机阵列的标定，只有获得了鲁棒和高精度的摄像机参数值，才能保证整个系统的测量精度。标定所需得到的参数一般为：各摄像机的内部参数以及摄像机之间的转化关系。 

传统的多摄像机标定方法一般需要电子经纬仪等设备，以用于建立世界总体坐标系，其缺点是增加了系统的成本和复杂性。在计算各摄像机间转换关系时，现有方法多是将单摄像头标定的数据直接计算得到，这种计算方法会存在参数一致性的问题。而当系统中含有不同分辨率的摄像机时，这种方法的系统标定精度受低分辨率摄像机影响，标定精度较低，且不能保证鲁棒性。 

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种多摄像机阵列系统的联合标定方法，这种方法的标定精度高，保证了鲁棒性，且适用于具有不同分辨率的摄像机阵列系统。 

本发明的设计思路如下：由于多摄像机阵列系统中的摄像机拥有不同的分辨率，故本发明人把阵列系统视作一个整体进行考虑，以系统优化的思路对阵列中的各摄像机进行联合优化，解决参数的一致性问题，提高系统的鲁棒性，达到阵列总体误差最小意义下的最优标定。另外，由于低分辨率摄像机会对系统整体精度的产生影响，本发明还采用高分辨摄像机与低分辨率摄像机分开处理的策略。即：先标定好高分辨率的摄像机，然后对高分辨率摄像机和低分辨率摄像机进行联合优化，利用高分辨率摄像机的结果提高低分辨率摄像机的参数精度。通过使用本方法，阵列系统标定的整体误差大大减小，各参数的鲁棒 性显著提高。 

为此，本发明拟采用的技术方案如下： 

一种多摄像机阵列的联合标定方法，该联合标定方法由不同分辨率的摄像机组成多摄像机阵列系统，假设共有w个高分辨率摄像机，各摄像机对一个含有m个特征点的平面模板同步地拍摄n幅图像，进行单摄像机标定，获得了各自的内、外参数，外参数共有n组，分别对应拍摄的n幅图像，并且已获得特征点在各摄像机成像平面上像素坐标的测量值。该联合标定方法包括如下步骤： 

步骤1、对高分辨率摄像机两两间进行标定，以得到各高分辨率摄像机的内参数初值和各高分辨率摄像机间转换参数的初值； 

步骤2、对各高分辨率摄像机进行联合标定，以得到各高分辨率摄像机的内参数和各高分辨率摄像机间转换参数的最终值； 

步骤3、对高分辨率摄像机与低分辨率摄像机进行联合标定，以得到低分辨率摄像机内参数和低分辨率摄像机与各高分辨率摄像机间转换参数的最终值。 

所述步骤1的对高分辨率摄像机两两间进行标定包括如下步骤： 

步骤11、对各高分辨率摄像机进行编号，记为摄像机1、摄像机2、...、摄像机w，w为摄像机数； 

步骤12、任取一对高分辨率摄像机，将编号小的摄像机作为左摄像机，将编号大的摄像机作为右摄像机； 

步骤13、将预先通过单摄像机标定获得的内、外参数作为左摄像机、右摄像机内、外参数的初值； 

步骤14、对左、右摄像机的参数进行非线性最小二乘优化； 

步骤15、对每一对摄像机重复执行步骤12至步骤14； 

步骤16、对得到的参数进行鲁棒性处理； 

经过上述步骤的优化，得到每个高分辨率摄像机的内参数的初值，摄像机1的外参数的初值，摄像机1到其他高分辨率摄像机的转换矢量的初值。 

所述步骤14的对左、右摄像机的参数进行非线性最小二乘优化包括如下步骤： 

步骤141、由左、右摄像机外参数的初值，计算其转换关系，作为左摄像机到右摄像机的转换参数的初值； 

步骤142、由左、右摄像机的内、外参数的初值，计算模板特征点在左、右摄像机成像平面上的像素坐标，并将此计算值与特征点在左右摄像机成像平面上像素坐标的测量值相减求差； 

步骤143、对左、右摄像机内参数和左摄像机外参数，以及步骤141得到的左摄像机到右摄像机的转换参数，进行非线性最小二乘优化。 

所述步骤141包括如下步骤：