[发明专利]一种无需手眼标定的相机六自由度位姿精确重定位方法

说明书

本发明公开了一种无需手眼标定的相机六自由度位姿精确重定位方法，用于同一场景多次拍摄过程中，未知手眼标定的情况下，对拍摄相机进行精确重定位，准确恢复上一次拍摄时相机的位置和朝向。本方法根据首次定位时拍摄的图像及记录的相机信息，通过首次拍摄图像与当前相机位置拍摄图像做相机位姿差异计算，对相机先后进行三个自由度的旋转和平移，交替进行上述操作，直至首次相机位置与当前相机位置的旋转量和平移量差异收敛至误差精度范围内，从而完成相机的精确重定位工作。本方法不需要手眼标定信息，具有更强的工作环境适应性；具有重定位精度高、具有严格收敛保证、无需手眼标定、环境适应能力强以及算法复杂度低、实时响应等优点。

技术领域

本发明属于相机重定位领域，具体的说，是涉及一种无需手眼标定的相机六自由度位姿精确重定位方法，可用于在同一场景多次拍摄过程中，无需重新手眼标定的情况下，对拍摄相机进行有效的精确重定位，准确地恢复上一次拍摄时相机的位置和朝向。

背景技术

现在本发明中涉及到的背景技术有：

(1)五点法计算相机位姿差异(参见文献[1])：C为世界坐标系下相机的初始位置，C’为相机经过旋转R和平移T作用后的位置，利用两次不同位置下相机拍摄的图像，分别采取相对应的5个(至少)匹配点，利用五点法可以得到两次相机的位姿差异，结果以旋转量R和相对平移方向的形式给出。

(2)手眼标定(参见文献[2])：手眼标定是指通过求解AX＝XB，从而估计手(这里指平台)和眼(这里指相机)的相对位姿。其中X是眼参考坐标系<R_A,t_A>和手参考坐标系<R_B,t_B>的相对位姿关系<R_X,t_X>(R、t分别代表三个自由度的旋转量和三个自由度的平移量)。通常情况下，精确地手眼标定涉及的工作比较繁琐且受外界工作环境限制较大，而本技术提出了一种无需手眼标定的动态相机重定位新方法，并且可从理论上证明其可靠性和准确性。

对于实际工作需要，存在以下两个重要的困难：

a)未知手眼标定信息：精确的手眼标定消耗成本较大，且在复杂的环境下难以实现，所以本发明需在未知手眼标定的条件下实施；

b)只能获得平移方向：利用五点法计算相机位姿差异，对于三个自由度的旋转量可以准确给出，但对于平移，只能给出基于当前位置的相机相对平移方向，无法获得可靠的平移距离。

参考文献:

[1]D.Nistér.An efficient solution to the five-point relative poseproblem.IEEE TPAMI,26(6):756–770,2004.

[2]Y.Seo,Y.-J.Choi,and S.W.Lee.A branch-and-boundalgorithm forglobally optimal calibration of a camera-and-rotation-sensor system.In ICCV,2009.

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，针对多次拍摄相同场景，提供一种无需手眼标定的相机六自由度位姿精确重定位方法，借助成本相对较低的设备，利用相对简单而有效的策略，从而实现对相机的位置和朝向的精确恢复，有效解决了未知手眼标定条件下，相机精确重定位的问题，具有结果精确、操作简单等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无需手眼标定的相机六自由度位姿精确重定位方法，包括以下步骤：

步骤S1：选择拍摄的目标场景，将相机对准目标场景，调节相机位姿及内部参数使图像清晰，进行首次拍摄得到首次采集图像，并记录相机拍摄的相关参数及拍摄位置信息；