[发明专利]基于靶标标定定位模型的空间目标定位方法

说明书

本发明公开了一种基于靶标标定定位模型的空间目标定位方法，该方法针对双目系统，其实现过程包括：首先，设置空间坐标系和定位相机，然后通过四个平面靶标标定，确定定位模型的投影参数；再者，通过两个立体靶标标定，确定定位模型的相机光心参数；最后，根据定位模型中的共线性，确定待测量目标物的空间坐标。本发明运用靶标标定定位模型参数，利用定位模型中的共线关系定位，降低了定位系统中标定过程的复杂性，改善了立体视觉定位精度较低的问题，可简单、准确地构建室内定位系统。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更进一步涉及立体视觉技术领域中的一种基于靶标标定定位模型的空间目标定位方法。本发明可以利用靶标标定定位模型参数，对室内目标实现空间定位，本发明可广泛应用于对室内目标物跟踪定位的应用场合。

背景技术

立体视觉中定位技术的目标是通过分析多幅二维图像获取空间物体的三维信息，而其空间定位通常都需要前期进行定位模型参数标定，定位模型参数标定技术是空间物体三维重建的一个重要组成部分，直接影响三维重建的精度。基于立体视觉定位的标定方法中传统方法可以适用于任意的摄像机模型，但其标定过程复杂，定位精度低，效率不高。

现有常规的基于立体视觉的空间定位技术主要为基于极线约束的双目定位和基于视差的双目视觉定位两种方法。基于极线约束的双目定位方法，通过三角测量原则估计出待测量目标物在相机坐标系下的坐标，再结合求解ICP问题得到相机坐标系与空间坐标系之间的转换参数，继而得到待测量目标物在空间坐标系下的坐标。基于视差的双目视觉定位方法，通过求解PNP问题标定出两相机在空间坐标系下的外参数，并利用立体匹配得到平行视差，结合三角测量原理估计出待测量目标物的在空间坐标系下的坐标。然而，在实际应用中，由于定位系统中内外参数往往需要标定获取，其标定过程较复杂，且由于三角测量模型本身的限制，导致误差精度不高。

哈尔滨工业大学在其申请的专利文献“基于logo的双目视觉室内定位方法”(申请号：201610546034.X，公开号：106228538A)中公开一种基于logo的双目视觉室内定位方法以相机为目标进行定位。该方法通过利用张正友棋盘标定法，求得左右相机的内参数和两相机的相对位姿关系的外参数；并对logo图像特征在某一相机坐标系下定位，再根据logo图像特征与Visual Map数据库图像特征的匹配信息，求解ICP问题得到该相机坐标系与空间坐标系的转换关系，从而得到两相机即目标在空间坐标系下的坐标。虽然，该方法在一定程度上解决了传统视觉系统中标定步骤较复杂的问题。但是该方法仍然存在的不足之处是，需要建立额外的数据库图像，其定位精度依赖于logo图像特征匹配的准确度。若提取待测量目标物的像点发生些许偏移时，误差通过三角测量模型会被放大，此时待测量目标物空间坐标会发生较大偏移，特别当应用于场景尺寸较大的室内空间定位时，该现象会十分明显。

广东省自动化研究所在其申请的专利文献“一种基于双目视觉的物理坐标定位方法”(申请号：201510351400.1，公开号：104933718A)中公开了一种基于双目立体视觉定位的标定方法来计算待测量目标物的物理坐标定位方法。该方法首先利用标定物标定两相机的内参数，再利用立体标定物求解PNP问题建立相机坐标系与空间坐标系之间的转换模型，然后根据转换模型对相机所摄图像进行立体匹配，最后利用立体匹配后的图像计算待测量目标物在左右图像上的视差，结合两相机之间的基线距离计算出目标点的空间坐标。虽然该方法利用立体匹配提高了待测量目标物在左右图像上匹配精度，从而提高了定位精度，但是该方法仍然存在的不足之处是，需要标定出相机之间的基线距离，且定位精度也取决于基线的长度和测量精度。同时，该方法需要对双目定位系统进行立体标定，其立体标定操作较复杂，精度不高的问题仍未被改善。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有的技术的不足，提出了一种基于靶标标定定位模型的空间目标定位方法，实现了标定操作简单，精度较高的室内定位技术。