[发明专利]一种基于3D几何约束的汇聚式双目相机标定方法

摘要

本发明公开了一种基于多约束的高精度双目相机标定方法。采用张正友标定法计算初始双目相机参数，然后计算重投影误差和极线误差，根据左右相机图像中的特征点坐标以及双目相机参数重建三维特征点，并计算由相邻距离误差、共线误差以及直角误差构成的3D几何误差；建立由重投影误差累加和、极线误差累加和、相邻距离误差累加、共线误差累加和以及直角误差累加和构成的优化目标函数，采用列文伯格‑马夸尔特法对优化目标函数进行求解获得最优的双目相机参数。与现有方法相比较，本发明对双目相机进行标定，使得距离测量误差、共线误差以及直角误差都得到了明显降低。

主权项

1.一种基于3D几何约束的汇聚式双目相机标定方法，其特征在于包括以下标定步骤：(1)使用汇聚式双目相机从多个视角方位朝向同一标定板图案拍摄多次，获得多对左右图像，并以标定板图案中的角点作为特征点；(2)针对每一个世界坐标系下标定板图案中坐标已知的特征点M，使用特征点检测方法检测获得特征点在左右图像中的投影点其中u_dl，v_dl分别表示左图像坐标系下投影点的横纵坐标，u_dr，v_dr分别表示右图像坐标系下投影点的横纵坐标，左、右图像坐标系是分别以左、右图像平面为基准的二维笛卡尔坐标系；(3)使用张正友标定法计算获得左相机的内参矩阵A_l、左相机的畸变系数D_l、左相机的外参矩阵N_l、右相机的内参矩阵A_r、右相机的畸变系数D_r、左相机的外参矩阵N_r以及由右相机坐标系转换到左相机坐标系的旋转矩阵R、平移向量T，并作为双目相机的初始相机参数；(4)由检测获得的投影点根据步骤(3)获得左右相机的畸变参数D_l(k_1l，k_2l)和D_r(k_1r，k_2r)基于二阶径向畸变的畸变模型采用以下公式计算获得去除畸变后的图像点m_l(u_cl，v_cl)、m_r(u_cr，v_cr)：式中，r_l是投影点到左图像坐标系原点的距离，r_r是投影点到右图像坐标系原点的距离；k_1l，k_2l分别表示左相机的一阶径向畸变系数和二阶径向畸变系数，k_1r，k_2r分别表示右相机的一阶径向畸变系数和二阶径向畸变系数，u_cl，v_cl分别表示左图像坐标系下去除畸变后的图像点m_l的横纵坐标，u_cr，v_cr分别表示右图像坐标系下去除畸变后的图像点m_r的横纵坐标；(5)由去除畸变后的图像点m_l和m_r采用最优化三角测量方法计算出满足对极几何约束的用于三维重建的最优左右图像点对最优左右图像点对的两个点分别和各自相机光心作连线和连线连线和连线相交于空间中一点点作为特征点M的三维重建特征点；(6)根据三维重建特征点处理获得坐标误差累加和J_pnt，根据三维重建特征点处理获得距离误差累加和J_dis，根据三维重建特征点处理获得直角误差累加和J_rig；建立优化目标函数进行求解获得最优的相机参数，完成对双目相机的高精度标定。