[发明专利]鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板

权利要求书

1.一鱼眼相机的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(A)鱼眼相机拍摄柱形立体标板的特征图案；

(B)连接至所述鱼眼相机的标定主机采集所述特征图案的图像并提取特征点；

(C)调用非线性优化算法，输入所述特征点坐标，并基于标定用数学模型得到所述鱼眼相机的参数；以及

(D)制作所述标板，其中所述步骤(D)进一步包括步骤：

(D.1)制作具有所述特征图案的圆柱面，其中所述步骤(D.1)进一步包括步骤：

(D.1.1)提供一投影前的斑点图案，其具有多个斑点，所述斑点以同心圆为一组，分别一层一层往外延伸，同时所述斑点又以同一径向为一组，并从所述同心圆的圆心放射状延伸，各径向所形成的直线之间具有相等夹角；

(D.1.2)将所述斑点图案基于鱼眼相机投影原理和所述圆柱面的形状和尺寸进行投影，得到所述特征图案的样式；以及

(D.1.3)将所述特征图案印刷或粘贴于所述圆柱面；和

(D.2)通过所述圆柱面制作所述标板。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤(D.2)中，所述圆柱面卷成筒状从而制作圆柱形的所述标板。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述步骤(D.2)中，进一步地包括步骤：将具有所述特征图案的所述圆柱面贴合于圆柱形的标板主体从而得到所述标板。

4.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其中在上述方法中的步骤(D)中，还包括非线性畸变的估计方法:

(i)当所述标板绕着所述鱼眼相机的光轴旋转时，且其对着光轴的面始终对着光轴，则该所述标板的所有像点的相对位置不变，即畸变为0；以及

(ii)当所述标板沿着所述鱼眼相机的光轴平移时，其几何中心的偏移情况用下式估计：

上式中，e为畸变量，R_w为所述标板的半径，f为所述鱼眼相机的焦距，Z₂为特征点的高度，δ_z为沿着光轴的平移量，△r为畸变前斑点半径，△r₁为畸变后斑点半径。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述步骤(C)中进一步地包括如下的所述数学模型，当世界坐标系的Z轴与所述鱼眼相机的光轴重合时，根据所实施的等距鱼眼相机的投影原理，加上坐标变换，可得数学模型为：

其中，u，v是像空间坐标，X_w,Y_w,Z_w是世界坐标，x，y，X，Y，Z为中间变量，f为焦距，u₀,v₀为光轴在像空间的坐标，c_y为y轴相对x轴的缩放系数，t为世界坐标系沿着光轴的平移量，θ为世界坐标绕着光轴的旋转角，f，u₀,v₀和c_y构成标定所需辨识的参数，而t，θ为需额外辨识的参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述步骤(B)和所述步骤(C)之间还包括将所述标板的中轴对准于所述鱼眼相机的光轴的对准步骤(E)，其包括步骤：

(E.1)提取n个所述特征点并按同心圆分组，设定一共具有k组，将每组内的所述特征点的坐标求平均，得该组的中心坐标并与所述鱼眼相机的光轴进行判断是否重合；以及

(E.2)通过移动所述鱼眼相机或移动所述标板调整所述鱼眼相机与所述标板的相对位置。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述步骤(E.1)中所使用的判别依据是：

当e_x,e_y均小于设定值时，完成对准。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述步骤(E.2)中，进一步地包括步骤：

(E.2.1)按照的方向平移所述鱼眼相机；以及

(E.2.2)调整所述鱼眼相机的角度，调整角度时，会离开通过平移来使圆柱形标板的中轴对准到与所述鱼眼相机的光轴重新重合。