[发明专利]一种高精度多特征平面模板及其畸变优化和标定方法

说明书

本发明公开了一种高精度多特征平面模板，包括ChArUco黑白棋盘格模板，棋盘格白色区域组合有ArUco二维码，ChArUco黑白棋盘格模板中间区域填充有随机特征点构成Random特征点模板，ChArUco黑白棋盘格模板的边缘区域有预设特定位置处的多条线段。本发明还提供了一种高精度多特征平面模板的畸变优化和标定方法。本发明的有益效果：解决不同焦距镜头高精度标定时拍摄图像多、操作时间长和边缘畸变不准确的问题；标定模板方便有效的解决了变焦镜头标定的难点，在标定时，对空间大小要求不高，且观察部分模板仍不影响标定功能；标定模板周围加入的直线段，不需要拍摄大量的图片也可以很好的解决边缘畸变的求解问题。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体而言，涉及一种高精度多特征平面模板及其畸变优化和标定方法。

背景技术

随着计算机视觉技术的进步与发展，同时建图与定位、三维重建等方面的应用已经变得随处可见。为了得到更好的定位或重建精度，需要预先得到相机精确的参数，也就是进行精确的相机标定。

相机标定一直是计算机视觉领域的核心问题之一，目前最为广泛使用的相机标定方法为张正友标定法。张正友标定法主要采用平面棋盘格进行每幅图像的单应计算，并对相机的外参数、内参数以及畸变参数进行重投影误差的优化求解。在张正友标定法的基础上，国内外学者进行了一些算法改进和优化，主要体现在以下几方面：

(1)为了进一步提高畸变参数估计精度和模拟实际镜头的畸变效果，后续提出了8参数、12参数等畸变补偿模型。但更多的参数带来了进一步的参数耦合性，对实际使用反而有时带来负面效果。同时，对于如何生成数目更多、且位置精确的图像特征，鲜有研究者提出相应的改进方法。

(2)提出了一种融合二维码和棋盘格的标定模板——ChArUco模板。传统黑白棋盘格模板需预设角点数目，且每次拍摄都要将棋盘格全部角点拍入图像之中。ChArUco模板在传统棋盘格模板的每个白格上附加了二维码信息，可以允许遮挡和拍摄到部分模板平面。但跟传统棋盘格模板类似，在变焦情况下需要人工不停前后移动以便始终占据变焦过程中图像上的一定大小区域。而且对于畸变明显的图像边缘区域，由于此处角点数目少，无法进行良好的畸变参数估计，或只能拍摄非常多数目的图像才行。

(3)提出了一种适于外参数标定的标定模板——Random模板。它是一种包含大量特征点、随机生成的杂乱图案。其主要优点是在缩放观看下仍然能鲁棒提取大量特征点，适于在变焦情况下进行标定。但特征点的提取精度不如角点高，且随机特征点位置并不可控，在图像边缘处进行畸变估计同样不能保证其有效性。

由于变焦镜头在一定范围内可以进行光学焦距的改变，带来了视场角大小的改变和屏幕中场景的缩放，在广播、电影拍摄等领域用处广泛，但对于变焦镜头的标定一直没有很便利且精准的方法及配套标定模板，最常见的方式就是在不同焦距和视场角情况下，对多个大小不同的标定模板进行旋转平移并拍摄图像，最后进行标定，这种操作非常繁琐且耗时很久。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度多特征平面模板及其畸变优化和标定方法，解决不同焦距镜头高精度标定时的不便利和边缘畸变不准确的问题。

本发明提供了一种高精度多特征平面模板，可用于变焦镜头标定，包括ChArUco黑白棋盘格模板，棋盘格白色区域组合有ArUco二维码，所述ChArUco黑白棋盘格模板中间区域填充有随机特征点构成Random特征点模板，所述ChArUco黑白棋盘格模板的边缘区域有预设特定位置处的多条线段。

作为本发明进一步的改进，所述ChArUco黑白棋盘模板的方格数目为11*9，中间区域为3*5的格子区域，填充的Random特征点模板的长宽比为3:5。

本发明还提供了一种高精度多特征平面模板的畸变优化和标定方法，包括：

步骤1，构建多特征标定模板：