[发明专利]大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置

说明书

本发明适用于光学测量技术领域，提供了一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置，首先，利用大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个标靶图像；然后，对标靶图像进行椭圆中心坐标提取，并标定相机的固定内部参数和N个外部参数；然后，反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W‑O_W‑Y_W平面的标靶图像；对N幅标靶图像分别进行圆心提取计算，并进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新固定内部参数和N个外部参数；若圆形标志点中心的图像坐标趋于稳定，则完成定位；本发明的方法实现了高精度圆形标志点中心定位。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置。

背景技术

圆形标志点的使用已经有数十年，圆形标志点中心的高精度定位算法的研究是经久不衰的课题。圆形标志点作为一种人工标志点广泛应用于成像系统的标定、深度图像匹配等光学三维测量领域的关键环节。在标定系统中，好的标定结果能够给光学三维测量系统提供非常关键的数据，高精度的标定结果一直是光学三维测量领域不懈追求的，而圆形标志点中心坐标是作为最重要的输入数据，中心坐标的精度对系统标定的精度有着直接的影响。

提高标志点中心定位精度的最直接方法是采用高分辨率和镜头畸变较小的相机，使相机能够得到质量较高的图像，从而有利于对图像做一系列数字图像处理获取标志点中心坐标。但是这种提升硬件的方法会使系统成本急剧升高，而且这种硬件上的提升并不能减少圆形标志点中心定位的透视投影误差，因为这种误差是由于相机成像平面不平行于标志点所在平面带来的，硬件上的提升只能减少很小部分的中心定位误差，而且成本代价非常大。

镜头畸变和圆形标志点中心的透视投影都会导致圆形标志点中心的定位误差，从而导致圆形标志点中心定位不准确。如何使用一种简便的方法来减少由此带来的误差是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置，旨在用一种灵活简便的方法来减少由镜头畸变和透视投影所带来的圆形标志点中心定位误差。

本发明提供了一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法，所述高精度圆形标志点中心定位方法应用于圆形标志点中心定位系统，所述圆形标志点中心定位系统包括：大畸变镜头的相机和印有圆形标志点图案的平面标靶；所述方法包括：

步骤S1，将所述印制有圆形标志点图案的平面标靶以任意N个姿态摆放，利用所述大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个包含椭圆标志点的标靶图像I₁，I₂，...，I_N，其中，N大于等于3；

步骤S2，对N个所述包含椭圆标志点的标靶图像进行椭圆中心坐标提取，以提取的椭圆中心坐标x₁，x₂，...，x_N作为圆形标志点中心的图像坐标，标定所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

步骤S3，利用得到的所述固定内部参数、N个所述外部参数和相机采集到的标靶图像I₁，I₂，...，I_N对应地反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W-O_W-Y_W平面的标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN；