[发明专利]基于多面立体靶标的多相机系统标定方法

权利要求书

1.一种基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤一，制作多面立体靶标，所述多面立体靶标至少具有三个靶标平面；

步骤二，将所述多面立体靶标放置在多部相机的公共视野中，使得同一时刻不同相机至少拍摄到所述多面立体靶标的三个靶标平面，且任意两部相机拍摄到的靶标平面至少有两个重合，每部相机仅须拍摄一副图像；

步骤三，利用所述多面立体靶标至少三个靶标平面与拍摄的图像平面间的单应性关系求解相机内参数；

步骤四，根据所述多面立体靶标至少三个靶标平面与拍摄的图像平面间的单应性关系，求解每个相机坐标系与重合靶标平面所对应的世界坐标系间的转换关系，确定多相机系统中各个相机的相机坐标系间的转换关系，最终确定多相机系统的外参数。

2.根据权利要求1所述的基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，其特征在于，所述多面立体靶标为具有至少三个侧面的正棱锥形状，正棱锥的至少三个侧面均为靶标平面。

3.根据权利要求2所述的基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，其特征在于，所述多面立体靶标为正四棱锥形状，正四棱锥的四个侧面均为靶标平面。

4.根据权利要求2或3所述的基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，其特征在于，所述靶标平面均附着标定特征图案，不同靶标平面连接处附着平面识别图案。

5.根据权利要求4所述的基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，其特征在于，所述标定特征图案为圆形图案，圆形图案的大小、数量、排列根据靶标平面大小而定；所述平面识别图案为沿靶标平面连接线的矩形图案。

6.根据权利要求1所述的基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，其特征在于，所述步骤三包括如下：

设单个相机图像中靶标平面上某特征点的像素坐标用P_ij表示，其中P_ij＝[x_p,y_p,1]^T；多面立体靶标上的该特征点的世界坐标用Q_ij表示，其中Q_ij＝[x_q,y_q,z_q,1]^T，Q_ij代表多面立体靶标的第i个靶标平面上的第j个特征点，P_ij是Q_ij在图像平面中对应的像素点；

靶标平面与图像平面间的单应性关系用单应性矩阵B_ij表示，即

求解单应性矩阵B_ij，得到相机焦距、主点位置、相机畸变参数，即为该相机内参数。

7.根据权利要求1所述的基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，其特征在于，所述步骤四中

每个相机坐标系与重合靶标平面所对应的世界坐标系间的转换关系，通过如下方法确定：

设Pk_i为第i个靶标平面在第k个相机坐标系下的点，Pm_i为第i个靶标平面在第m个相机坐标系下的点，Qi为第i个靶标平面世界坐标系下对应的点，则：

Pk_i＝R_k*Qi+T_k

Pm_i＝R_m*Qi+T_m

其中，R_k、T_k为所述第k个相机坐标系与第i个靶标平面世界坐标系间转换关系，R_m、T_m为所述第m个相机坐标系与第i个靶标平面世界坐标系间转换关系；

多相机系统中的各个相机的相机坐标系的转换关系，通过下式确定：

R_km＝R_m*R_k^T

T_km＝T_m–R*T_k

R_km、T_km是第k个相机坐标系与第m个相机坐标系间转换的旋转矩阵和平移向量，所述多相机系统任意两个相机坐标系间位姿关系都可以通过上式转换公式得出；

取所述多相机系统中一个相机为参照，将该相机坐标系作为基准坐标系，则其外参数旋转矩阵为单位矩阵，平移向量为零向量，可得到其余相机相对于该相机坐标系的旋转矩阵以及平移向量，所有相机的旋转矩阵及平移向量即为所述多相机系统的外部参数。