[发明专利]一种基于高精度运动平台的多相机标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域中的多相机系统，具体为一种基于高精度运动平台的多相机标定方法。

背景技术

多相机系统在计算机视觉领域相当常见，如在3D重建、运动捕捉、多视点视频等应用中，常常需要各种不同相机、光源、存储设备的组成的多相机系统。多相机系统标定，即确定各个相机的内、外参数，是多相机系统进行可靠高效工作不可或缺的重要步骤。

以往，多相机系统标定一般采用两种方式：(1)使用传统标定方式，但这些标定物存在自身遮挡，无法从多个视角同时观测到标定物，因而无法一次性地标定多相机系统，只能先两两进行标定，最后转换到同一坐标系下，实现全局标定。由于涉及到各种不精确的坐标转换，存在较大的累积误差；并且需要对多相机系统中的相机逐个标定，效率极低。(2)设置特定的标定物，在多相机标定过程中使其绕固定轴转动或静止，由于特定标志物不存在自身遮挡，多相机可以同时拍摄，一起标定。但在实际使用中标定物设计比较困难且没有普遍性，实用性差且标定过的参数精度低。当任意两个相机的视野重叠区域小或根本没有重叠时，上述两种方法便无能为力。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于高精度运动平台的多相机标定方法，在保证操作高效率的前提下，提高标定精度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于高精度运动平台的多相机标定方法，包括如下步骤，

步骤1，初始化多相机标定系统，所述的多相机标定系统包括载物台和高精度运动平台，以及至少两个相机；所有相机均匀布置于载物台的上方，且相机的取景框均朝向载物台，载物台上固定放置标定板，高精度运动平台控制载物台的运动；所述的高精度运动平台具有6个及以上自由度，位移精度达到0.1mm的运动平台；

步骤2，在初始位姿的标定板上建立世界坐标系，并在标定板上选取至少五个标定点，得到所有标定点的世界坐标；

步骤3，通过高精度运动平台的控制，将标定板从上一位姿移动到下一位姿，并使标定板填充到未拍摄两幅标定板在不同位姿下图像的一个或多个当前相机视野内；

步骤4，一个或多个当前相机对当前位姿下的标定板分别进行图像采集，并获取标定板中步骤2选取的至少五个标定点在图像上对应点的图像坐标和在世界坐标系上的世界坐标；

步骤5，重复步骤3和4直到每个相机至少拍摄两幅标定板在不同位姿下的图像；

步骤6，对所有相机内外参数进行全局标定，采用全局算法对步骤4得到的所有标定点的图像坐标与其世界坐标的关系进行优化，确定各个相机精确的标定参数。

优选的，步骤2中，初始位姿的标定板位于任意一个或多个相机的视野内。

优选的，标定板填充到对应相机视野中时，使得拍摄图像中标定板所占区域占一半以上。

优选的，在求解标定点的世界坐标时，假定标定板坐标系与载物台坐标系重合，若不重合则经过向量运算进行相互转化。

优选的，当多个相机对标定板同时进行拍摄时，所述的多个相机的视野重叠，且在视野重叠区域能够拍摄到全部的标定板。

优选的，标定板采用棋盘格标定板，初始姿态下标定板的任意一个点作为世界坐标系原点O_w，标定板互相垂直的两边界为X_w轴与Y_w轴，Z_w垂直与标定板平面。

优选的，当所有相机依次进行对标定板的拍摄标定时，具体步骤如下，

步骤1)，初始化多相机标定系统，所述的多相机标定系统包括载物台和高精度运动平台，以及至少两个相机；所有相机均匀布置于载物台的上方，且相机的取景框均朝向载物台，载物台上固定放置标定板，高精度运动平台控制载物台的运动；所述的高精度运动平台具有6个及以上自由度，位移精度达到0.1mm的运动平台；

步骤2)，在初始位姿(R₀,T₀)的标定板上建立世界坐标系O_w-X_wY_wZ_w，其原点O_w为标定板上任意一个固定的点；并选取n个标定点，其中，n为正整数，且n≥5；n个标定点的坐标分别为(X₀₁,Y₀₁,0),(X₀₂,Y₀₂,0)…(X_0n,Y_0n,0)；