[发明专利]一种标定相机光心的方法

说明书

本发明提供了一种标定相机光心的方法，包括将世界坐标系通过外参矩阵转换到相机坐标系，所述外参矩阵求解方法中：外参矩阵定义为M＝T₂*R_x*R_y*R_Z*T₁,按该外参矩阵完成世界坐标系和相机坐标系的转换，能够有效提高相机标定精度，且在相机光心坐标未知的情况下，求解出光心坐标，同时能够求解获得相机内参、外参、畸变参数，整个标定步骤简单清晰，算法稳定。

技术领域

本发明涉及相机定标技术领域，尤其是涉及一种标定相机光心的方法。

背景技术

在图像测量过程以及机器视觉应用中，相机参数的标定是非常关键的环节，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。所谓相机的标定，就是求出相机的内、外参数，以及畸变参数，以建立相机成像的几何模型的过程。目前最为普遍使用的相机标定方法主要有Tsai两步标定法以及张氏标定法。

Tsai两步标定法使用三维标定物或者二维标定物，应用径向约束公式来进行标定，张氏标定法使用二维标定物，应用标定平面到图像平面的单应性来进行标定。这两种方法在从世界坐标系到相机坐标系的转换这一步骤中，均只能求解旋转矩阵的部分参数，然后利用旋转矩阵的正交性来求解该矩阵的其它参数，这样求出的旋转矩阵准确性不高。

Tsai两步标定法用于在线相机标定时，需要两个步骤完成所有参数的求解；用于离线相机标定时，以及张氏标定法(只能用于离线相机标定)，实际上都是先通过两个步骤求出内参矩阵和畸变矩阵，然后在实际应用中再确定外参矩阵。这种多个步骤的方法，每个步骤结果的精确性都会影响后续步骤，导致所有参数并不能统一获得一个最优解。而且张氏标定法不能用单张照片完成标定，使得标定条件高且过程复杂。这些都是导致标定结果产生较大误差的原因。

在标的物方面，这两种方法都有一些限制：Tsai两步标定法可以使用二维或三维标的物，但是用二维标的物和三维标的物的具体步骤并不相同，不具有通用性，且在使用二维标的物时不能标定图像尺度因子参数；张氏标定法只能使用二维标的物。另外，Tsai两步标定法由于依赖于径向约束，所以只能求得径向畸变，并不能求得其它类型的畸变。

相机的光心坐标是相机的一个内部参数，它只与相机本身有关，而与相机使用中的位置无关。在相机标定过程中，需要已知相机的光心坐标，而若在光心坐标未知的情况下也需要求解出光心坐标，才能完成相机标定。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种标定相机光心的方法，该方法能够在相机光心坐标未知的情况下，求解出相机的光心坐标，且同时获得相机的外参、内参和畸变参数，使得整个标定步骤简单清晰，标定精度高，算法稳定。

一种标定相机光心的方法，包括世界坐标系通过外参矩阵转换到相机坐标系的步骤；其中，将世界坐标系和相机坐标系按下式(1)完成转换；

其中,T₁,T₂,R定义如下：

R＝R_z*Ry*Rx (4)

Rx，Ry，Rz各矩阵定义如下：

所述外参矩阵定义为：

M＝T₂*R_z*R_y*R_x*T₁ (8)