[发明专利]一种面向单平面镜立体视觉模型参数的标定方法

说明书

一种立体视觉模型参数的标定方法，公开了立体视觉模型的建立和模型参数的求解方法。引入平面镜的反射矩阵，建立真实相机和虚拟相机的视觉模型，推导出单平面镜立体视觉的三维测量模型。采用分步法标定单目立体视觉模型的各项参数，在图像中心区域的小范围内求解真实相机和虚拟相机内参数的初值。分别在景深范围内标定两相机的径向畸变系数和偏心畸变系数。在锁定两相机的畸变系数的前提下，分别对各自模型中的内参数和外参数进行优化求解，实现了单平面镜立体视觉模型参数的标定。本发明的建模过程简单，模型应用容易。此外，“先畸变系数后内外参数”的分步标定方法，避免模型参数误差间的相互影响，提高单平面镜立体视觉模型参数的标定精度。

技术领域

本发明属于计算机视觉测量领域，涉及一种立体视觉模型中参数的标定方法，该立体视觉系统由一个平面镜和一个相机组成。

背景技术

视觉测量技术具有实时性高、鲁棒性强、测量精度出色以及三维全场测量的优势，已受到工业界和学术界的广泛关注。根据图像处理结果和标定出的相机模型参数，该项技术可实现场景信息的定量表达。双目相机是实现三维测量的常见配置形式，然而，此种测量模式存在测量成本高、双目相机难以同步触发的缺点。由单平面镜和单个相机组成的单目立体视觉系统有效解决了以上痛点。准确求解成像模型参数对于提升待测对象的视觉检测精度至关重要。待求解的模型参数包括内参数、外参数以及畸变系数。相机畸变与物点在景深范围内的位置密切关联，当采用短物距、长焦距的近景参数成像时，镜头在景深范围内成像畸变尤其严重，成为制约视觉测量精度提升的主要因素。因此，对畸变进行准确求解，并实现单目立体视觉成像模型中其他参数的准确标定对于提升视觉测量精度具有重要意义。

同济大学李安虎等人发明的专利号为ZL 108253939A“可变视轴单目立体视觉测量方法”发明了用于可变视轴单目立体视觉参数标定的方法，该方法首先在不考虑旋转双棱镜的条件下，采用直接线性变换等方法标定单目相机的内参数。然后，将旋转双棱镜安装于单目相机的前方构成单目立体视觉系统，并对该系统进行标定，获得了相机与旋转棱镜的相对位置关系。发明公开的标定方法未考虑视觉模型中内参数、外参数以及畸变系数求解误差的相互影响。并且，在标定时需要对旋转双棱镜进行移除和引入，标定过程繁琐。湖南警察学院的冯晓锋发明的专利号为CN 202010157954.9“单目立体视觉图像中图像点的矫正方法”发明了一种针对单平面镜立体视觉成像畸变点的矫正方法，通过使极线与真实成像平面或虚拟成像平面不相交于极点，降低了视觉的垂直视差，在此基础上，将对应视角中匹配点的查找范围从二维图像降到一维直线，显著提升了处理的精度和速度。该发明未考虑景深位置对成像畸变的影响，此外，公开的内容仅涉及畸变的校准，并未提及视觉模型中其他参数的标定。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明一种面向单平面镜立体视觉模型参数的标定方法。包括：单目立体视觉模型的建立和模型中参数的求解，在测量模型建立方面，在单目成像模型引入了平面镜的反射矩阵，分别得到了真实相机和虚拟相机的视觉成像模型；在此基础上，推导出了单目立体视觉的三维测量模型；在模型参数标定方面，采用分步法标定单目立体视觉模型的各项参数，该分步法先是在图像中心区域的小范围内求解真实相机和虚拟相机模型中内参数的初值。然后，分别标定两相机在景深范围内的径向畸变系数和偏心畸变系数。最后，在锁定两相机畸变系数的前提下，分别对各自模型中的内参数和外参数进行优化求解，实现了单平面镜立体视觉模型参数的标定。

本发明一种面向单平面镜立体视觉模型参数的标定方法，通过引入平面镜的反射矩阵，实现了单目立体视觉模型以及单目立体视觉三维测量模型的建立，简化了建模过程，方便了模型的应用。此外，发明中先求解畸变系数再求解内参数和外参数的分步标定方法，避免了模型参数误差间的耦合效应，提高了单平面镜立体视觉模型参数的标定精度。一种面向单平面镜立体视觉模型参数的标定方法具体如下：

(1)单目视觉模型