[发明专利]一种摄像机标定装置及标定方法

说明书

本发明属于计算机视觉领域，具体涉及一种摄像机标定装置及标定方法。一种摄像机标定装置，包括四个直杆，每两个直杆存在一个连接点；四个直杆俩俩连接处为可活动连接；相对的两个直杆平行。一种摄像机标定方法，包括如下步骤：步骤一、获得图像；步骤二、确定坐标系；步骤三、计算焦距；步骤四、计算旋转矩阵和平移向量；步骤五：计算平移向量；步骤六、标定结束，计算三维坐标。本发明能够解决图像内目标定位时摄像机标定的问题，实现对摄像机进行内外参数解算，从而可以根据目标的二维信息进行三维目标定位。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体涉及一种摄像机标定装置及标定方法。

背景技术

对图像内的目标进行三维定位，需求解空间某点的三维位置信息与图像对应点之间的关系，这种关系由摄像机的参数来决定。传统的标定方法精度较高，但它需要测量精度高、结构已知的标定场或是标定物作为参照，这种方法对标定场要求严苛，实用性不高。主动视觉标定方法需要知道摄像机的运动信息，例如摄像机平移或旋转量，这种方法不适用与摄像机位置已经固定的情况。

自标定方法是指不需要标定物，仅依靠摄像机在运动过程中周围环境及图像间的对应关系来求取摄像机参数的方法。这类方法操作简单，尚在研究当中。

透视现象的存在，使得空间上两条平行线在成像平面上的投影一般是不平行的，它们可能在图像上有一个交点，将这个交点称为灭点。利用这一关系，可以对摄像机进行简易标定。一般情况下，传统的基于灭点的标定算法要求场景中存在3组相互正交的平行线，该条件在实际应用中很难满足。本发明因为人为放置了2组相互正交的平行线装置，可以采用两灭点法进行摄像机标定，进而对图像内目标进行三维定位。

发明内容

本发明解决的技术问题：本发明针对现有技术中，对标定场有较高要求等不足，提供一种摄像机标定装置及标定方法，能够解决图像内目标定位时摄像机标定的问题，实现对摄像机进行内外参数解算，从而可以根据目标的二维信息进行三维目标定位。

本发明采用的技术方案：

一种摄像机标定装置，包括四个直杆，每两个直杆存在一个连接点，即A、B、C、D四点，其中两个直杆在端部连接与A点，另外两个直杆分别与这两个直杆杆部连接，设AD长度为L；四个直杆俩俩连接处为可活动连接；相对的两个直杆平行。

一种摄像机标定方法，包括如下步骤：步骤一、获得图像；步骤二、确定坐标系；步骤三、计算焦距；步骤四、计算旋转矩阵和平移向量；步骤五：计算平移向量；步骤六、标定结束，计算三维坐标。

所述步骤一的具体步骤为：在视场内放置与被拍摄视场范围尺寸相当标志物，测量得到L的实际距离，并拍摄图像传输到计算用计算机；

所述步骤一的具体步骤为：所述步骤二的具体步骤为：将标定装置放置在实际待标记空间中，标定装置记为ABCD，标定装置在图像中的成像为两组直线，记为ad、bc、ab、cd；将标志物所在的Auvw记为三维实际坐标系Ro(Auvw)，其中装置的A点为坐标系原点，AB直线和AD直线为Ro坐标系的两个轴；将标志物所在场景拍摄的图片记为Rs(ij)，为二维图像平面坐标系，其中标志物在二维图像里的成像四边形为abcd，a点记为二维图像坐标系的原点，二维图像的水平和垂直两个方向为Rs(ij)坐标系的两个轴；以摄像机中心点O点为原点的Rc(Oijk)为摄像机坐标系，坐标系的轴同二维图像平面坐标系的轴；假设摄像机中心O点在图像上的投影为P点；根据灭点理论，则图像中包含两个灭点：将直线ad和bc分别延长至相交，Fu是直线ad和bc形成的灭点，将直线ab和cd分别延长至相交，Fv是ab和cd形成的灭点；规定V/R为向量V在R坐标系下的表示。

所述步骤三的具体步骤为：为计算焦距f，在图像平面内过P点做垂线，垂直于直线FuFv，交点为Puv；因ΔOPPuv为直角三角形，可得