[发明专利]自由双目立体视觉转轴参数标定方法

说明书

本发明属于检测技术，为提供一种操作方便，标定过程比较简单的自由双目立体视觉转轴参数标定方法，扩大摄像机的视场范围，获取摄像机绕转轴旋转过程中多个位置原点的坐标，从而准确计算转轴参数。本发明，自由双目立体视觉转轴参数标定方法，步骤如下：步骤1.计算摄像机坐标系原点在世界坐标系中的空间坐标；步骤2.计算多个位置摄像机坐标系原点的世界坐标；步骤3.重复步骤1和步骤2，获取更多摄像机位置的原点坐标；步骤4.根据多个位置摄像机原点空间坐标计算圆弧轨迹所在平面，计算转轴参数；步骤5.根据坐标系间旋转平移关系，转轴参数转换到摄像机坐标系。本发明主要应用于计算机视觉原理进行检测场合。

技术领域

本发明属于利用计算机视觉原理进行检测的技术，涉及自由双目视觉的转轴参数标定方法。具体讲,涉及自由双目立体视觉转轴参数标定方法。

背景技术

双目立体视觉技术可以很好地模拟人眼的功能，并且可以对三维世界进行立体感知，因此，在机器视觉的研究中发挥着越来越重要的作用。传统的双目立体视觉系统，双目摄像机的位置关系固定，视场交汇区域有限，造成了测量范围狭小的问题。为了扩大双目系统的测量范围，而采用自由双目系统，双目摄像机分别固定到两个转台，均可实现自由独立转动，系统简图如图1所示，通过多视场三维融合，能有效解决视场小的问题。如图1(b)所示，在初始位置时，双目摄像机光轴相交到区域2的中心位置，采集图像，完成该区域三维还原。然后使双目摄像机绕各自转轴逆时针旋转一定角度，保持光轴相交在区域1中心，完成对区域1还原，如图1(a)。同理，顺时针旋转一定角度，完成对区域3还原，如图1(c)。通过对多个子区域合成的方式实现宽视场三维空间的重建。为保证摄像机转动之后双目摄像机的外参数标定问题，需准确标定出转台的转轴参数。

现在对于转轴参数标定的方式主要是利用标准平面或者是高精度已知半径的标准球来实现的。但传统都是利用设备测量独立转轴参数的情况，很难应用到摄像机绕转轴旋转的自由双目系统中。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种操作方便，标定过程比较简单的自由双目立体视觉转轴参数标定方法，本发明利用二维移动平台定量的移动平面标定模板，进而扩大了摄像机的视场范围，获取了摄像机绕转轴旋转过程中多个位置原点的坐标，从而准确计算转轴参数。本发明采用的技术方案是，自由双目立体视觉转轴参数标定方法，步骤如下：

步骤1.根据采集标定模板图像与实际模板之间的单应性关系，计算摄像机坐标系原点在世界坐标系中的空间坐标；

步骤2.经过步骤1，得到了当前位置摄像机坐标系原点的世界坐标，摄像机绕转轴旋转，采集图像，计算多个位置摄像机坐标系原点的世界坐标；

步骤3.经过步骤1和2，获得了一定角度内的多个摄像机位置的原点坐标，利用二维移动平台，移动标定模板的位置，重复步骤1和步骤2，获取更多摄像机位置的原点坐标；

步骤4.根据多个位置摄像机原点空间坐标计算圆弧轨迹所在平面，计算转轴参数；

步骤5.根据坐标系间旋转平移关系，转轴参数转换到摄像机坐标系。

针对计算摄像机坐标系原点在世界坐标系中的空间坐标，步骤1的具体过程为：

步骤1-1.使用基于平面模板的标定方法计算自由双目视觉系统中左、右摄像机的内参数矩阵，M1,M2，畸变系数D1,D2；

步骤1-2.计算当前位置下摄像机坐标系与世界坐标系的外参数R₁和T₁，R₁和T₁分别为世界坐标系相对于左摄像机坐标系的旋转矩阵和平移向量；

步骤1-3.根据位置关系，将当前位置摄像机坐标系原点转换为世界坐标系内的三维坐标。

其中，根据步骤1-2所述标定图像的坐标系与世界坐标系之间的关系式表示为：