[发明专利]基于高精度辅助相机和球靶标的多摄像机全局校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄像机全局校准的技术领域，具体涉及一种基于高精度辅助相机和球靶标的多摄像机全局校准方法。

背景技术

三维视觉系统具有非接触、可检测对象众多、速度快和测量精度较高等优点，广泛应用在国民经济和科学研究等领域。对单个视觉传感器，测量的空间范围有限。所以需要多个视觉传感器协同，组成一个测量范围更大的三维视觉系统。在多传感器视觉系统中，需要将各个传感器的测量数据统一起来，从整体上一致地描述整个被测对象。因此，需要将各个视觉传感器的测量结果统一到世界总体坐标系中，即对全部视觉传感器进行全局校准。测量精度是视觉系统的重要指标，而全局校准的精度直接影响视觉系统的测量精度。在多数视觉系统的实际应用中，被测对象的结构和所处环境都比较复杂，从而导致视觉传感器的布局复杂，甚至许多传感器之间并无公共视场。视觉系统的这些特征，要求全局校准方法应该具有精度高和柔性好的特点，并且能够校准布局复杂且无公共视场的多视觉传感器。

一些传统的全局校准方法[参考文献1-3]依赖于各个传感器视场之中的特征点的相互匹配，这类方法无法适用于无公共视场的情况。为了克服无公共视场的限制，Luo[参考文献4]采用双经纬仪进行全局校准，Kitahara等人[参考文献5]用激光跟踪仪来完成全局校准，他们均利用高精度辅助设备在空间中重建三维特征点，从而建立各个传感器坐标系到世界坐标系的转换关系。但是当现场空间较小时，外部辅助设备存在观测盲区，甚至无法放置这些辅助设备。在视频监控和跟踪等领域，Esquivel等人[参考文献6]和Pflugfelder等人[参考文献7]利用自标定的方法，即视觉传感器通过观测视场内具有特定结构的目标对象来对无公共视场多视觉传感器进行全局校准。但是在工业测量中，很难获取满足要求的场景信息，而且自标定方法的精度很难满足视觉测量的要求。Kumar等人[参考文献8]利用平面镜，让无公共视场的多个视觉传感器观测到同一个靶标，从而实现全局校准。但是在复杂的视觉系统中，无法确保所有传感器都清晰地观测到靶标。Liu等人[参考文献9]利用双平面靶标的固定约束关系实现两个视觉传感器的全局校准，此方法能够获得较高的校准精度，但是只能通过两两校准的方式来对多传感器进行全局校准，这会对最终的校准精度造成影响。Liu等人[参考文献10]提出了一种基于两组倾斜激光线的全局校准方法，可以校准各种视场角度的传感器，柔性较好。可是面对布局复杂的多个视觉传感器时，此方法不易于现场操作。

本发明参考文献如下：

[1]Zhang Zhengyou.A flexible new technique for camera calibration[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2000,22(11):1330–1334.

[2]Wang L,Wu FC.Multi-camera calibration based on 1D calibration object[J].Acta Automation Sinica,2007,33(3):225–31.

[3]Zhang H,Wong KK,Zhang GQ.Camera calibration from images of sphere[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2007,29(3):499–503.

[4]Luo M.Mutli-sensors vision measurement system and applications[J].PhD Thesis,Tianjin University,Tianjin,1996.

[5]Kitahara I,Saito H,Akimichi S,Onno T,Ohta Y,Kanade T.Large-scale virtualized reality[J].Proceedings of IEEE computer vision and pattern recognition(CVPR),technical sketches,2001.

[6]Esquivel S,Woelk F,Koch R.Calibration of a multi-camera rig from non-overlapping views[J].Lecture Notes in Computer Science,2007,4713:82–91.