[发明专利]一种用于视觉传感器标定的网格球靶标及相应标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉领域的视觉传感器标定，尤其涉及一种利用新的靶标形式-网格球靶标及相应的标定方法。

背景技术

视觉传感器标定一直以来都是计算机视觉领域的一个重点内容。视觉传感器标定主要包括摄像机内部参数标定、双目视觉传感器标定、多摄像机测量系统全局标定。

目前视觉传感器标定多采用靶标，具体包括三维立体靶标、二维平面靶标、一维靶标和球靶标。三维立体靶标具有2个平面，该方法可以获得较高的精度，但加工困难，容易发生自身遮挡、不适合多个不同视角摄像机的同步标定。以张正友提出的基于棋盘平面靶标的摄像机内部参数标定方法为代表的采用平面靶标的视觉传感器标定方法是目前最流行的靶标形式及标定方法。另外，还有研究人员在平面靶标上使用不同特征的标定方法，例如使用同心圆环、平面双圆环等。采用二维平面靶标的标定方法灵活、方便，标定精度高，但不适合同步完成不同位置多个视觉传感器标定。球靶标的优点是在任何角度下可以获得完整的球靶标外轮廓，非常适合不同位置多个视觉传感器同步标定，但标定精度很难满足高精度测量需求。另一类是不需要靶标的视觉传感器自标定，适用于视觉导航、场景重建等领域，但该类方法标定精度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种新的靶标形式-网格球靶标和使用这种靶标对视觉传感器进行标定，来解决现有靶标中二维靶标灵活但不能同步完成不同视点摄像机同步标定的问题和球靶标可以完成不同视点摄像机同步标定但标定精度不高等问题。

本发明提供了一种新的靶标形式-网格球靶标。网格球靶标就是可以有网格线的球靶标，表面画好了平行的纬线圆和等角度经线圆。

本发明还提供了三种网格球靶标在视觉传感器标定中的应用，既摄像机内外部参数标定，双目视觉传感器标定和多摄像机测量系统全局标定。

其中，所述网格球靶标实现摄像机内外部参数标定分为三个阶段：提取网格球靶标的椭圆曲线图像；利用椭圆曲线图像求解摄像机内外参数；对求得的初解带入线性优化中得到最后的优化解；

其中，所述网格球靶标实现双目视觉传感器标定为：首先采用网格球靶标标定双目立体视觉传感器的两个摄像机内外部参数，再以网格球靶标为中介实现两个摄像机之间的旋转矩阵和平移矢量R₁₂,t₁₂的求解，完成对双目视觉传感器的标定；

其中，所述网格球靶标实现多摄像机测量系统全局标定为：首先采用网格球靶标标定方法获得多个摄像机的内部参数和外部参数A_i,R_i,t_i(其中i为第i个视觉传感器)。再计算第i个摄像机到第j个摄像机的转换矩阵T_ij(i,j＝1,2,3,n)，T_ij下标中的i，j分别表示摄像机的序号。最后通过两两标定方式完成多摄像机测量系统全局标定。

本发明提出的网格球靶标是带有高精度网格线的球靶标，经纬线交点坐标也已知，且具有较高精度。不同视角的摄像机在标定时都可以拍摄到清晰的网格球靶标上高精度的网格线和经纬线交点。本发明公开的所有标定算法都不需要拍摄到网格球靶标上全部的高精度网格线，只需要部分线条和部分经纬线交点就可以。因此本发明与现有技术相比的优点在于：本发明解决了现有靶标中二维靶标的不能同步完成不同视点摄像机同步标定的问题和球靶标的标定精度不高等问题。

附图说明

图1为本发明实施例中网格球靶标的内外参数求解示意图；

图2为本发明实施例中使用网格球靶标对多摄像机测量系统全局标定的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

本发明所提供的一种新的靶标形式-网格球靶标和使用这种靶标在视觉测量系统标定中的应用。

如图1所示，本发明实例新的靶标形式-网格球靶标。

该靶标为刻有高精度网格像的球靶标，网格线由多个已知距离的平行纬线圆和多个已知角度间隔的同心经线圆。球体本身可以使用各种材料，例如金属、陶瓷和玻璃等，网格线可以采用机械加工方式刻在球体上，也可以采用印刷等方式将与球体颜色有明显区别的线印在球体上。网格球靶标上各网格线位置已知，且精度较高。经纬网格线的交点在网格球靶标坐标系下的坐标也已知，且具有较高精度。

本发明分别介绍了采用网格球靶标完成摄像机、双目立体视觉传感器和多摄像机测量系统全局标定的三种标定方法。

A.摄像机内外部参数标定方法