[发明专利]车载摄像机外参数交互式标定方法

说明书

所属技术领域

本发明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。

背景技术

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）。如附图1所示，以车载前视应用为例，

图1a为世界坐标系：O_W-X_WY_WZ_W

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（O_W），向前为坐标系Y_W轴方向，向右为坐标系X_W轴方向，向上为坐标系Z_W轴方向（右手坐标系），以米为单位。

图1b为摄像机坐标系：O_C-X_CY_CZ_C

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（O_C），图像横向像素坐标增大的方向为X_C轴方向，图像纵向像素增大的方向为Y_C轴方向，Z_C轴与X_CY_C共同构成右手坐标系，以米为单位。

图1c为图像坐标系：O_I-UV

图像坐标系的原点在像素坐标最小的点O_I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：

                                                      公式一

       式中，（X_W，Y_W，Z_W）是一个点的世界坐标；（X_C，Y_C，Z_C）是该点对应的摄像机坐标系坐标；R为旋转矩阵；（X₀，Y₀，Z₀）是摄像机坐标原点在世界坐标系中的坐标。R通过三次旋转得到，分别对应偏航(q₁)、俯仰(q₂)和滚动(q₃)三个角度，这里的角度以逆时针为正。“”表示矩阵乘法运算，

     公式二

公式一、二中的q₁,q₂,q₃,X₀,Y₀,Z₀为外参数。

摄像机坐标系到图像坐标系的变换（考虑摄像机镜头畸变）：

          公式三