[发明专利]二维平面迭代的相机标定法

权利要求书

1.一种二维平面迭代的相机标定法，其特征是，包括如下步骤：

1)建立摄像机坐标系和世界坐标系，并建立摄像机坐标系和世界坐标系的转换关系矩阵；

2)采集工作平面的图像；

3)将工作平面内的任意两点的空间坐标和与其像点的图像坐标代入转换关系矩阵，求得摄像机的内参数M_in；

4)绕世界坐标系中的Z轴转动工作平面，旋转α角度，并计算世界坐标系与摄像机坐标系之间的旋转矩阵R；

5)将工作平面旋转一定角度后，重复以上过程，重新求得摄像机的内参数，直到相邻两次计算得到的摄像机内参数之差小于阈值，停止计算，然后求取最后两次实验数据的平均作为最后的结果；

6)优化步骤5)的处理结果，在标定过程中使用的n幅图像，从每幅图像上获取的特征点的数量为m，建立如下的最优化目标函数其中，M_in为相机的内参数矩阵，k为径向畸变因子，R_i为第i幅标定图像与相机之间的旋转矩阵，t_i为第i幅标定图像与相机之间的平移向量，p_ij为特征点P_j在第i幅标定图像上形成的实际像点，而是P_j在标定出来的内参数和第i幅标定图像所在的外参数所获得的摄像机模型下形成的虚拟像点，||·||表示矩阵范数。

2.根据权利要求1所述的一种二维平面迭代的相机标定法，其特征是，所述步骤1)的具体内容为：

在摄像机光轴中心建立摄像机坐标系，摄像机坐标系Z_C轴方向平行于摄像机光轴，并以从摄像机到景物的方向为主方向，摄像机坐标系X_C轴方向取图像坐标沿水平增加的方向为正方向；

世界坐标系原点O_W选择摄像机光轴中心线与工作平面的交点，X_w为点在世界坐标系X方向的坐标，Y_w为点在世界坐标系Y方向的坐标，Z_W轴方向与摄像机坐标系Z_C轴方向相同，X_W轴方向与摄像机坐标系X_C轴方向相同；

摄像机的位置和内外参数固定，有旋转矩阵R＝I，R为摄像机的外参旋转矩阵，I为3阶单位矩阵，当摄像机坐标系与世界坐标系按上述方法设定时，外参旋转矩阵R和单位矩阵I相等，平移矩阵p＝[0,0,d]^T，d是摄像机坐标系中的光轴中心O_C到工作平面的距离；

根据图像像素坐标系下像点的坐标与世界坐标系中空间点的坐标的关系：其中，图像像素坐标系下像点坐标(u,v)分别代表该像素点在图像中的列数和行数，s为常数因子，R为相机的外参旋转矩阵，t为相机的外参平移向量。

3.根据权利要求1所述的一种二维平面迭代的相机标定法，其特征是，所述步骤2)的具体步骤为：

获得标定图像后，对图像进行预处理；

通过阈值分割进行二值化处理，得到一幅二值图像；

利用二值图像像素值的特点获取工作平面内的各点在图像中的像素坐标。

4.根据权利要求3所述的一种二维平面迭代的相机标定法，其特征是，所述预处理采用滤波去噪。

5.根据权利要求1所述的一种二维平面迭代的相机标定法，其特征是，所述步骤5)中的阈值根据摄像机应用场景事先设定。

6.根据权利要求1所述的一种二维平面迭代的相机标定法，其特征是，所述步骤6)中的最优化目标函数利用Levenberg-Marquardt算法对进行优化，最终得到精度较高的摄像机内参数标定结果。