[发明专利]一种基于已知相机位置内外参数标定方法

说明书

本发明属于机器视觉、摄影测量、SLAM等技术领域，提出了一种基于相机位置内外参数标定方法，该方法只需布设3个标志点，测量相机和标志点位置，拍摄标志点图像，得到标志点在图像中的成像位置。在相机主点和焦距未知情况下，建立一个新的相机系统，将求解问题转换为一个传统的P3P问题，并通过P3P算法求解中间变量以及中间坐标系与原始坐标系的关系，最后根据中间变量和坐标系间的关系完成相机内外参数求解。本发明相机内外参数的标定方法不需要已知相机内参数，且不增加外标志点数量，适用于相机内参数未知、相机位置固定情形下的相机内外参数标定与视觉测量。

技术领域：

本发明属于机器视觉、摄影测量、SLAM等技术领域，具体涉及一种相机内外参数标定方法。

背景技术

在机器视觉、摄影测量、SLAM等领域，为实现相机定位、交会测量等功能，需要对相机的内外参数进行标定。相机的内外参数标定方法有很多种，目前有多种基于多个标志点的标定方法，也叫PnP(perspective-n-point)标定方法(n为标志点数量)。内外参数包括相机坐标系相对于世界坐标系的旋转平移矩阵，以及相机主点、焦距等。当标志点数量小于3时，相机内外参数无法获取；当标志点数量等于3时，标定方法称作P3P方法，仅可获取相机的外参数，但获取的外参数不唯一，需要另外的信息来确定唯一的外参数(Wang P,Xu G,Wang Z,et al.An efficient solution to the perspective-three-point poseproblem[J].Computer Vision and Image Understanding,2018,166:81-87)；当标志点数量等于4时，标定方法称作P4Pf方法，可以获取相机外参数的同时，获取内参数中的一个参数(Nakano G.A versatile approach for solving PnP,PnPf,and PnPfr problems[C]//European Conference on Computer Vision.Springer,Cham,2016:338-352.)；当标志点数量等于5时，标定方法称作P5P方法，可以获取相机外参数的同时，获取内参数中的三个参数(Triggs B.Camera pose and calibration from 4or 5known 3d points[C]//Proceedings of the Seventh IEEE International Conference on ComputerVision.IEEE,1999,1:278-284.)。可以看到随着可利用的标志点数量增加，在求解外参数的同时，可求解的内参数数量也在增加。目前的内外参数标定方法中，在求解外参数的同时，如果需要求解部分内参数，至少需要4个标志点，而精确标志点的获取与维护需要耗费大量的人力物力，比如野外大风环境下，对飞行器姿态进行摄影测量时，对相机进行内外参数标定就必须设置多个标志点，而野外大风环境对标志点的设立带来严峻挑战。而最低数量的3个标志点，只能求解外参数，且有多解问题。

发明内容

本发明提出了一种基于相机位置的内外参数标定方法，目的是解决现有技术中相机内外参数标定需要的标志点多，且精确标志点的获取耗费较大，若降至最低3个标志点仅能求解外参数且存在多解的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括如下步骤：

步骤1、建立新的世界坐标系及新的3个标志点

根据3个原始2D成像点x_i(u_i,v_i)建立一个新的世界坐标系τ以及该坐标系下3个新的3D标志点位于射线O_cx_i上，且这里d为像元大小；新的世界坐标系叫做其中

为原始像平面像素坐标系的两条轴，O_τ在射线O_cI上，且O_cI/O_cO_τ＝d，其中I为原始像素坐标系的原点；则新的世界坐标系下得到新的3D标志点为