[发明专利]一种摄像机内参数快速标定的靶标方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种摄像机内参数快速标定的靶标方法。

背景技术

摄像机内参数的标定在计算机视觉测量领域有着十分重要的地位，其标定速度及精度直接决定测量的速度及精度。随着我国大型飞机数字化测量的发展，计算机视觉测量技术的应用越加广泛，其相应的标定方法需满足更加苛刻的要求。针对大型飞机部件视觉测量中测量视场大、预留测量时间短、测量环境较为复杂等实际测量问题，如何实现针对大视场的快速便捷的内参数标定方法对于我国大型飞机数字化测量技术的提升有着极为重要的作用。

标定技术主要有传统标定方法和自标定方法等。传统标定方法是通过标定板为参照物，标定精度较高，但标定过程较为复杂，其主要的代表方法为张正友的棋盘标定法。张正友等发表的期刊《A flexible new technique for camera calibration》(Zhang Z.A flexible new technique for camera calibration[J].Pattern Analysis and Machine Intelligence,IEEE Transactions on,2000,22(11):1330-1334.)中使用棋盘格作为靶标，拍摄三张以上图像即可完成高精度的标定，但是其需要人工选择棋盘交叉点范围，过程较为复杂，标定时间长。陈爱华等《基于正交消隐点对的摄像机标定方法》(陈爱华,高诚辉,何炳蔚.基于正交消失点对的摄像机标定方法[J].仪器仪表学报,2012,33(1):161-166.)提出了一种基于正交消失点对对的摄像机标定方法，利用摄像机以不同的视觉角度拍摄三幅平面标定模板的图像，从而线性标定出摄像机所有内参数，但其标定过程也需要拍摄三张平面图像，标定过程较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术难题是针对大视场、复杂测量环境下快速便捷的摄像机内参数标定，发明了一种利用正三角形及其内切圆的内参数快速标定的靶标方法。在摄像机内参数标定过程中，首先根据靶标平面和像平面的单应性建立单应性矩阵方程；然后提取正三角形和内切圆形状信息计算正三角形顶点和切点的图像坐标，获得正三角形垂线方程，根据四个正三角形对应边和垂线构成正交平行线段，获得平行线的消失点建立消失点方程；整个标定过程只需要拍摄一幅靶标图像，即可求得摄像机内参数矩阵，实现大视场、复杂环境的快速标定。

本发明采用的技术方案是一种摄像机内参数快速标定的靶标方法，其特征是，该方法利用形状为正三角形及其内切圆的靶标进行快速标定摄像机内参数；提取内切圆圆心的图像坐标，根据靶标平面和像平面的单应性建立单应性矩阵方程；提取正三角形和内切圆形状信息计算正三角形顶点和切点的图像坐标，获得正三角形垂线方程，根据四个正三角形对应边和垂线构成正交平行线段，获得平行线的消失点建立消失点方程；进行摄像机内参数矩阵求解；方法的具体步骤如下：

第一步基于内切圆圆心坐标建立单应性矩阵方程

1）提取内切圆圆心

整个靶标图形由四个具有相同边长的正三角1按照两排两列对齐排列，每个正三角形内嵌实心黑色内切圆2；首先提取内切圆圆心的图像坐标，采用Sobel边缘检测算子对对靶标内切圆进行提取，其公式如下所示：