[发明专利]一种基于二维标记码的相机自标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维建模技术领域，具体涉及一种基于二维标记码的相机自标定方法。

背景技术

在基于照片三维重建的领域，如何由二维图像恢复目标物体三维空间几何形状以及相机运动参数一直是该领域的热点。目前常用的标定方法可以分为三类：传统标定方法、主动视觉方法和相机自标定方法。传统标定方法需要利用已知三维几何信息的标定物，得到的标定结果比较精确，但是需要高精度的三维标靶，制作难度大，成本也比较高；主动视觉标定方法需要已知相机某些运动信息，这类标定算法的优点是由于已知部分相机的运动信息，因此可以线性求解相机模型参数，算法鲁棒性较高，但操作复杂，在实际应用中很难精确移动相机；相机自标定方法是在某一静态场景对目标物体进行多次拍摄，或者多个相机对目标同时拍摄，利用图像序列之间的相互约束关系标定，有很广发的应用范围，但是精度较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种基于二维标记码的相机自标定方法，解决传统标定技术中三维标靶的制作难、精度要求高，以及自标定方法结果精度差的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于二维标记码的相机自标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置带有标记码的二维靶标；

对二维靶标进行图像采集，获取具有标记码的二维靶标图像组；

对二维靶标图像组中的标记码进行检测并对二维靶标图像进行匹配；

确定二维靶标基础图像，并计算图像采集装置的内参数矩阵和外参数矩阵；

对图像采集装置的内参数矩阵和外参数矩阵进行优化；

增加图像采集装置并计算出该图像采集装置的内外参数及三维点云。

进一步地，所述对二维靶标进行多角度图像采集，获取具有标记码的二维靶标图像组；具体包括：通过图像采集装置对二维靶标进行多个图像的采集，形成具有标记码的二维靶标图像组。

进一步地，所述图像采集装置采用一个相机对二维靶标进行多角度拍摄获得具有标记码的二维靶标图像组。

进一步地，所述图像采集装置采用多个相机对二维靶标同时获得具有标记码的二维靶标图像组。

进一步地，所述对二维靶标图像组中的标记码进行检测并对二维靶标图像进行匹配，具体包括：对二维靶标图像组中每个二维靶标图像上的标记码进行检测，获取每张二维靶标图像上标记码的编号以及标记码的四个角点坐标；并对具有相同标记码的二维靶标图像进行匹配。

进一步地，所述确定二维靶标基础图像，并计算图像采集装置的内参数矩阵和外参数矩阵，具体包括：选择所有二维靶标图像上标记码相匹配的数量最多的两张二维靶标图像，根据图像采集装置的初始内部参数及两张二维靶标图像上标记码匹配的角点坐标计算两张二维靶标图像的基础矩阵；对两张二维靶标图像的基础矩阵进行分解，获得图像采集装置的内参数矩阵以及外参数矩阵。

进一步地，所述对图像采集装置的内参数矩阵和外参数矩阵进行优化；具体为：采用分线性优化Levenberg Marquardt方法和最小角点重投影误差算法对内参数矩阵和外参数矩阵进行优化，得到优化后的相机内参数和外参数。

进一步地，所述增加图像采集装置并计算出该图像采集装置的内外参数及三维点云，具体包括，增加的图像采集装置获取对应的二维靶标图像组并确定二维靶标基础图像，得到该增加的图像采集装置的内参数、外参数以及该图像采集装置对应的标记码的三维点云。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明通过设置具有标记码的二维靶标，对图像采集装置进行标定，解决传统标定技术中三维标靶的制作难、精确度要求高及自标定结果精度差的技术问题。图像采集装置对二维靶标获取多个二维靶标图像，根据二维靶标图像上的标记码匹配数量，确定二维靶标基础图像，根据二维靶标基础图像中的标记码的角点坐标计算图像采集装置的参数信息，根据图像采集装置的初始内参数获得图像采集装置的内参数矩阵和外参数矩阵，然后对该图像采集装置的内参数矩阵和外参数矩阵进行优化，得到该图像采集装置的标定信息，然后增加图像采集装置，按照上述的步骤对增加的图像采集装置进行标定，直到最终完成所有图像采集装置的标定。

二维靶标为印制具有标识符的标记码，采用具有四个角点的方形标记码，便于对标记码的识别，标记码上设置唯一的标识符，实现对特征点的匹配，每个标记码采用内部编码的ID进行确定唯一的标识符，完全避免了错误匹配的特征点，提高标定系统的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于二维标记码的相机自标定方法流程图。