[发明专利]基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统与方法

权利要求书

1.一种基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于，所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统包括有激光器板盒(1)、激光器板盒支架(2)、左侧摄像机(3)、左侧摄像机支架(4)、右侧摄像机(5)、右侧摄像机支架(6)、面激光器(7)与圆柱靶标(8)；

激光器板盒支架(2)、左侧摄像机支架(4)、右侧摄像机支架(6)与圆柱靶标(8)放置在地面上，左侧摄像机(3)与右侧摄像机(5)通过底部的螺纹孔分别与左侧摄像机支架(4)与右侧摄像机支架(6)顶部的螺栓螺纹固定连接，左侧摄像机(3)和右侧摄像机(5)无公共视场，激光器板盒(1)与激光器板盒支架(2)顶部的螺栓螺纹固定连接，一组面激光器(7)插入激光器板盒(1)的一组通孔中，紧定螺钉旋入激光器板盒(1)顶部的螺纹孔，紧定螺钉端部与面激光器(7)圆柱面接触紧配合。

2.按照权利要求1所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的激光器板盒(1)为钢板制作而成的零件，钢板底部加工螺纹孔，钢板侧面加工有一组通孔，每个通孔上方的钢板顶部对应加工有两个定位螺纹孔。

3.按照权利要求1所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的激光器板盒支架(2)为可调整高度的三角支架。

4.按照权利要求1所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的左侧摄像机(3)为装有窄带滤光片的广角工业相机。

5.按照权利要求1所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的左侧摄像机支架(4)为可调整高度的三角支架。

6.按照权利要求1所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的右侧摄像机(5)为装有窄带滤光片的广角工业相机。

7.按照权利要求1所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的右侧摄像机支架(6)为可调整高度的三角支架。

8.按照权利要求1所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的技术方案中所述的面激光器(7)为可发射激光平面的圆柱形零件，面激光器(7)发出的激光波长与摄像机(2)的窄带滤光片的带通波长一致。

9.按照权利要求1所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统，其特征在于所述的技术方案中所述的圆柱靶标(8)是一个标准空心圆柱，外表面粘贴有棋盘格图案。

10.按照权利要求1至9所述的基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定系统的标定方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：基于面光场的汽车检测无共视场相机全局标定的图像采集：

将左侧摄像机支架(4)、右侧摄像机支架(6)放置在地面上，左侧摄像机(3)和右侧摄像机(5)分别固定左侧摄像机支架(4)、右侧摄像机支架(6)上，根据汽车检测对大检测范围的需要，左侧摄像机(3)和右侧摄像机(5)无公共视场，激光器板盒支架(2)放置在地面上，激光器板盒(1)固定在激光器板盒支架(2)上，一组面激光器(7)固定在激光器板盒(1)上，将圆柱靶标(8)移入左侧摄像机(3)视场范围内，左侧摄像机(3)采集一幅包括圆柱靶标(8)图像用于标定左侧摄像机(3)，打开所有面激光器(7)，左侧摄像机(3)继续采集一幅包括圆柱靶标(8)以及面激光器(7)发出的激光平面与圆柱靶标(8)表面相交的投影激光线的图像；将圆柱靶标(8)移入右侧摄像机(5)视场范围内，右侧摄像机(5)采集一幅包括圆柱靶标(8)以及面激光器(7)发出的激光平面与圆柱靶标(8)表面相交的投影激光线的图像，关闭所有面激光器(7)，右侧摄像机(5)继续采集一幅包括圆柱靶标(8)图像用于标定右侧摄像机(5)；

第二步：当圆柱靶标(8)在左侧摄像机(3)视场内时，根据左侧摄像机(3)采集的图像解算从圆柱靶标(8)到左侧摄像机(3)坐标系转换的单应矩阵：

圆柱靶标(8)坐标系与左侧摄像机(3)获取的图像坐标系的转换关系为

利用RANSAC点提取算法和DLT标定方法可求得投影矩阵P_T1，I1＝K_T1，I1[R_T1，I1 t_T1，I1]，K_T1，I1是左侧摄像机(3)的内参数，R_T1，I1，t_T1，I1是根据QR分解获得的左侧摄像机(3)的外参数，为圆柱靶标(8)特征点在左侧摄像机(3)获取的图像下的图像坐标，j表示圆柱靶标(8)上的第j个特征点，由旋转矩阵R_T1，I1和平移向量t_T1，I1可求得圆柱靶标(8)在左侧摄像机(3)视场下的坐标系与左侧摄像机(3)坐标系转换的单应矩阵为

第三步：当圆柱靶标(8)在右侧摄像机(5)视场内时，根据右侧摄像机(5)采集的图像解算从圆柱靶标(8)到右侧摄像机(5)坐标系转换的单应矩阵：

圆柱靶标(8)坐标系与右侧摄像机(5)获取的图像坐标系的转换关系为

利用RANSAC点提取算法和DLT的标定方法可求得投影矩阵P_T2，I2＝K_T2，I2[R_T2，I2 t_T2，I2]，K_T2，I2是右侧摄像机(5)的内参数，R_T2，I2，t_T2，I2是根据QR分解获得的右侧摄像机(5)的外参数，为圆柱靶标(8)特征点在右侧摄像机(5)获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵R_T2，I2和平移向量t_T2，I2可求得圆柱靶标(8)在右侧摄像机(5)视场下的坐标系与右侧摄像机(5)坐标系转换的单应矩阵为

第四步：当打开面激光器(7)且圆柱靶标(8)在左侧摄像机(3)视场内时，根据左侧摄像机(3)采集的图像，解算激光平面在左侧摄像机(3)坐标系下的坐标：

根据圆柱靶标(8)坐标系与左侧摄像机(3)获取的图像坐标系的转换关系

以及点在圆柱靶标(8)上的条件

可以求得其中为圆柱靶标(8)与面激光器(7)发出的激光平面相交而成的激光特征点在圆柱靶标(8)坐标系下的坐标，为特征点左侧摄像机(3)获取的图像下的图像坐标i(i＝1，2，…n，n≥4)表示有i个激光平面，k(k＝1，2，…m)表示圆柱靶标(8)上的第i个激光平面上有k个特征点，r为圆柱靶标(8)的半径；

当圆柱靶标(8)在左侧摄像机(3)视场内时，根据求得的特征点并应用RANSAC算法进行随机一致性抽样来拟合激光平面在圆柱靶标(8)坐标系下的坐标π_i，T1，再利用第二步中求得单应矩阵H_T1，C1，可求得激光平面在左侧摄像机(3)坐标系下的坐标为

π_i，C1＝(H_T1，C1)^-Tπ_i，T1

第五步：当打开面激光器(7)时，圆柱靶标(8)在右侧摄像机(5)视场内时，根据右侧摄像机(5)采集的图像，解算激光平面在圆柱靶标(8)坐标系下的坐标：

根据圆柱靶标(8)坐标系与圆柱靶标(8)获取的图像坐标系的转换关系

以及点在圆柱靶标(8)上

可以求得其中为圆柱靶标(8)与面激光器(7)发出的激光平面相交而成的激光特征点在圆柱靶标(8)坐标系下的坐标，为特征点右侧摄像机(5)获取的图像下的图像坐标；

当圆柱靶标(8)在左侧摄像机(3)视场内时，根据求得的特征点并应用RANSAC算法进行随机一致性抽样来拟合激光平面在圆柱靶标(8)坐标系下的坐标π_i，T2，再利用第二步中求得单应矩阵H_T2，C2，可求得激光平面在左侧摄像机(3)坐标系下的坐标

π_i，C2＝(H_T2，C2)^-Tπ_i，T2

第六步：左侧摄像机(3)坐标系与右侧摄像机(5)坐标系转换矩阵的解算：

根据π_i，C1，π_i，C2是同一个激光平面，故有

π_i，C1＝(H_C2，C1)^-Tπ_i，C2

其中H_C2，C1为右侧摄像机(5)到左侧摄像机(3)坐标系之间的单应矩阵，令(H_C2，C1)^-T＝[h₁^T h₂^T h₃^T h₄^T]^T，h_q为(H_C2，C1)^-T的行向量(q＝1，2，3，4)，令当q＝1，2，3，4时，则上述等式可展开为四个方程

当激光平面的个数n大于等于4个时，即可利用SVD解求得单应矩阵H_C2，C1。