[发明专利]基于多面立体靶标的多相机系统标定方法

说明书

本发明公开了一种基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，制作多面立体靶标，同一时刻不同相机至少拍摄到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；利用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；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，各个相机的相机坐标系间的转换关系，确定多相机系统的外参数。本发明标定过程快速、简单，标定结果精度高；只需要拍摄一幅图像，不存在传递误差；靶标加工过程较为简单；特征圆轮廓和矩形识别图案易检测。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种基于多面立体靶标的多相机系统标定方法。

背景技术

视觉测量方法以其非接触、实时性和可视化测量等优势，近年来在几何量测量以及机械制造领域发挥着越来越重要的作用，标定作为视觉测量基础和关键的一个环节，相机标定的精度是保证测量精度的重要前提。

摄像机标定方法可分为基于标定物的传统标定方法、主动视觉标定方法和自标定方法三类。传统标定方法使用结构已知的标定靶标，通过建立标定靶标上坐标已知的点与其图像点之间的对应关系来求解相机的内外参数。如经典的两步标定方法、平面棋盘格标定靶标的高精度标定方法。主动视觉中的标定方法需要摄像机按照某种特别的轨迹运动，利用运动轨迹的几何特性与图像点坐标的关系求解摄像机参数，主动视觉标定方法需要精确控制摄像机的运动轨迹，实现难度比较大。相机自标定法是利用多幅图像上特征点之间的对应关系进行标定，标定过程只利用了相机内参数间的约束，与场景和摄像机的运动方式无关，自标定方法标定灵活，但鲁棒性较差，测量精度不高。

针对多相机系统内外参数的标定，要求标定物必须在所有相机的公共视场内，采用三维标定物或二维平面标定板对多相机系统标定时，标定物须在多相机公共视场中不同位置摆放，且标定物存在自身遮挡，多相机系统无法一次性观测到标定物，因而无法一次性实现标定，多相机系统存在累积误差。一维标定物不存在自身遮挡问题，多个相机可以同时观测到一维标定物，但要求一维标定物在测量空间内多次摆动，拍摄不同位姿的图像以实现多摄像机的标定，得到多摄像机的内外参数，在实际应用中，使用一维标定物过程较为繁琐、耗时，且精度不高。

发明内容

针对现有多相机系统标定方法的不足，本发明提供一种基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，旨在解决目前多相机系统标定使用一维标定物过程较为繁琐，使用三维或二维标定物时存在累积误差的问题。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于多面立体靶标的多相机系统标定方法，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。