[发明专利]一种变焦距摄像机的高精度在线标定方法有效

专利信息
申请号: 201811620092.8 申请日: 2018-12-28
公开(公告)号: CN109727291B 公开(公告)日: 2020-10-23
发明(设计)人: 刘震;李若铭;阎峰;任一鸣;胡杨 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: G06T7/80 分类号: G06T7/80;H04N5/232
代理公司: 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人: 安丽;成金玉
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 焦距 摄像机 高精度 在线 标定 方法
【说明书】:

发明涉及一种变焦距摄像机的高精度在线标定方法,包括:设计一套与使用变焦或液体镜头的工业摄像机相配合的旋转式靶标装置,使得调整视场后的变焦或液体镜头采集到每次装置内圆点靶标旋转到镜头前方的图像,获得近距采集到失焦图像的亚像素级图像特征点;基于图像特征点的位置计算摄像机的内参初值和已标定好的特定电压下的摄像机内参值作为优化初值,基于图像特征点的不确定度和考虑图像误差的透视投影模型,以反投影误差和靶标平面的投影点误差为优化目标,对摄像机内参值和图像特征点的位置进行非线性优化。以上方法的各步骤均可在线由服务器远程控制。本发明适用于变焦或液体镜头常用的视场需频繁变动的环境,尤其针对于大视场下不方便频繁的标定的情况。

技术领域

本发明涉及传感器标定技术,具体涉及一种变焦距摄像机的高精度在线标定方法。

背景技术

摄像机是计算机视觉领域最重要的核心部件,摄像机标定对计算机视觉系统具有重要作用。现有摄像机标定方法需要靶标放置在摄像机聚焦空间内保证获取清晰的靶标图像,且需要在图像中占较大面积,同时靶标摆放位置需要有较大的角度变化,这样才可以获取高精度的摄像机标定结果。但对包括以鱼眼和反射折射相机为代表的大视场摄像机来说,在摄像机聚焦空间内的高精度中小靶标在图像中所占面积较小,而大靶标精度低且加工困难,搬运和摆放都极为不方便;对于长焦、浅景深摄像机来说,摄像机聚焦空间内靶标摆放角度可变化的范围很小,容易出现图像模糊现象,导致摄像机标定精度下降。

当前摄像机标定的方法有很多,一般分为平面靶标以及其他特型靶标对单目相机的标定,双目传感器的姿态标定,以及结构光视觉传感器的光平面标定几个主要种类。这其中,单目相机标定是最重要的基础,围绕单目相机标定,一般通过使用靶标不同,有棋盘格,圆点靶标,圆柱靶标,球形靶标等不同有不同的技术,当前主流的方法为张提出的基于棋盘格靶标的标定技术。这些年,针对不同的任务需求,多种特殊的镜头被发明了出来,其中变焦或液体镜头以其便捷的聚焦空间调整手段越来越应用于各个工业领域。变焦或液体镜头通过外接电压调整内部两不同液面间的接触曲率完成对定焦范围的调节,从而可以有效的适用于需要频繁改变聚焦空间的视频监控任务。近些年,基于摄像机标定和图像处理的发展,仅仅视频监控的任务逐渐发展到对实际空间探测的任务,从而对变焦或液体镜头的参数获取带来了需求。然而,频繁变换的聚焦空间,对应了高频率的标定任务,而一些大视场的情况,也对每次标定的难度有很大的考验,近些年,一些研究集中于通过对失焦图像进行标定,意在解决这些问题,不过在精度上都难以有上佳表现。部分图像特征点提取准确的方法在最后的标定结果上的精度也难以信赖。都无法解决由变焦或液体镜头带来的在线标定问题。

发明内容

本发明技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种变焦距摄像机的高精度在线标定方法,能够实现对液体靶标在调节聚焦空间后的在线标定,并给出可以信赖标定结果。

为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:

本发明的一种变焦距摄像机的高精度在线标定方法,包括:

a、利用配合摄像机的旋转式靶标装置,将变焦或液体镜头装载在摄像机上,可以通过远程服务器在线完成变焦或液体镜头定焦范围的调节,所述的旋转式靶标装置能够在变焦或液体镜头调焦后自动旋转一周,使旋转式靶装置内的多个圆点靶标依次通过摄像机前方,使得摄像机能够在线采集到贴近镜头的不同姿态的圆点靶标的失焦图像,通过这些图像去完成后续步骤摄像机内参值的标定。以上操作都可以保障通过远程手段调焦从而实现在线标定图像采集;

b、对a中采集到的圆点靶标的失焦图像,建立圆点靶标在摄像机的失焦位置处的图像特征点的灰度分布模型,根据该灰度分布模型,计算提取采集到的靶标在失焦位置的亚像素级图像特征点,即圆点图像中心定位点,作为标定的输入参数;

c、基于透视投影变换和图像噪声,建立有图像噪声的靶标点和图像特征点的对应方程,根据b中提取到的图像特征点,求解出点在图像噪声影响下的可能分布区域,定义为图像特征点的不确定度;

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