[发明专利]一种相机外参标定方法、装置

说明书

公开一种相机外参的标定方法，获取至少包括视觉信标图像帧的视觉信标检测数据、和至少一个图像帧采集时刻机器人本体的里程计测量数据；基于所述里程计测量数据，获得图像帧机器人本体全局位姿初始化结果；获取相机外参位姿初始化结果；基于所述视觉信标检测数据，获取视觉信标全局位姿初始化结果；对基于里程计测量数据获取的图像帧里程计约束残差、和基于所述视觉信标检测数据获取的图像帧中视觉信标的特征点在其图像帧上重投影约束残差，进行以所述图像帧机器人本体全局位姿为状态变量、相机外参位姿为状态变量、和所述视觉信标全局位姿为状态变量的联合优化，获得相机外参优化结果。本发明不需对视觉信标位姿或机器人本体位姿进行外部测量。

技术领域

本发明涉及计算视觉领域，特别地，涉及一种相机外参标定方法。

背景技术

计算视觉的主要任务是通过对采集的图片或视频进行处理以获得相应场景的三维信息；相机作为获取场景图像信息的设备被应用。相机成像的过程实际是将真实的三维空间中的三维点映射到成像平面(二维空间)过程，由于在成像平面的像点和真实三维场景存在着一种对应关系，也就是图像帧中的二维像素点和真实三维世界的三维点存在某种变换关系，如果找到了这种变换关系，就可以利用图像帧中的二维像素点信息来恢复场景的三维信息。

按照相机的成像原理，图像帧中的二维像素点和真实三维世界的三维点之间的变换关系与相机的内部参数(简称内参)和外部参数(简称外参)有关，其中，内参包括，

射影变换本身的参数：相机的焦点到成像平面的距离，也就是相机的焦距f，以及相机透镜畸变；

从成像平面坐标系到像素坐标系的变换：由于在成像平面坐标系下，以成像平面的中心为原点，像点使用该坐标系下的坐标；而实际像素点以像素来描述，像素坐标原点通常是图像的左上角，X轴沿着水平方向向左，Y轴竖直向下，这样，像素坐标系和成像平面坐标系之间，相差了缩放和坐标原点的平移，由此带来的从成像平面坐标系到像素坐标系的变换。

相机的外参：在图像拾取的过程中，相机的位姿并不是固定不变的，这导致相机坐标系并不是一个稳定的坐标系，会随着相机的移动而改变相机坐标系的原点和各个坐标轴的方向，这就需要引进一个稳定不变坐标系：世界坐标系，该坐标系是绝对坐标系。从相机坐标系到世界坐标系的变换需要旋转变换和平移变换，这些旋转变换和平移变换就成为了相机的外参。

基于上述成像原理，为确定真实三维场景的三维点与其在图像中成像点之间的变换关系，建立了相机成像的几何模型，这些几何模型参数对应着相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程称为相机标定(或摄像机标定)。其中，外参的标定实际是计算相机和移动机器人本体的相对位姿。

无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。因此，做好相机标定是做好后续工作的前提，提高标定精度是科研工作的重点所在。

现有的外参标定方法通常采用外部测量设备(如激光跟踪仪等)对机器人以及固定在环境中的视觉信标的全局位姿进行测量，再利用相机对视觉信标的局部观测，计算相机和机器人本体的相对位姿。该方法不仅高度依赖于外部测量设备，还依赖在环境中的视觉信标的全局位姿的测量，标定过程繁琐复杂。

发明内容

本发明提供了一种单目相机外参的标定方法，以减少标定过程中对外部测量设备的依赖。

本发明提供的一种相机外参的标定方法是这样实现的：

获取至少包括视觉信标图像帧的视觉信标检测数据、和至少一个图像帧采集时刻机器人本体的里程计测量数据；

基于所述里程计测量数据，获得图像帧机器人本体全局位姿初始化结果；

获取相机外参位姿初始化结果；