[发明专利]一种自动对焦双目摄像头标定方法及装置

说明书

本发明公开一种自动对焦双目摄像头标定方法及装置，当标定模板在一个固定距离时，通过移动镜头，在镜头的不同位置对双目摄像头进行标定，无论所拍标定图像是聚焦还是离焦的。本发明具有如下有益果：一、只使用一张平面标定模板，而且该标定模板不需要旋转。与当前通用的需要多个角度拍图的标定方法相比，节省了产线标定时间，提高了单位时间产量，降低了生产成本。二、分别在多个关联镜头位置对双目摄像头进行标定，总共得到多组双目摄像头标定参数。多组标定参数，有效地补偿了自动对焦摄像头拍照过程中镜头位置变化造成的参数差异，从而提高了深度计算的精度，可以优化摄像头3D应用的效果，提升用户体验，增强产品竞争力。

技术领域

本发明涉及计算机视觉、光学测量和摄像头制造领域，尤其涉及一种双目摄像头标定方法及装置。

背景技术

自动对焦是指相机内置的一种通过电子及机械装置自动完成对被摄主体对焦并使图像达到清晰的功能。由于具有对焦准确、操作方便的特点，当前带自动对焦功能的摄像头在越来越多的行业都有广泛的应用，包括智能手机、无人机、视频监控等领域。

另一方面，摄像头应用正在从2D进入基于双目、多目摄像头的3D时代。例如在手机行业，通过广角摄像头和长焦摄像头的组合实现光学变焦功能，或者通过黑白和彩色摄像头的组合来提升图像质量，或者使用红外结构光摄像头模组来抓取人脸的 3D点云，实现人脸识别。无人机行业，通过双目摄像头实现3D环境感知来支持无人机在飞行中避障。汽车行业，通过双目摄像头完成测距、3D环境感知来辅助驾驶及支持自动驾驶。

摄像头的标定是实现以上双目摄像头3D应用的关键。在基于摄像头的测量及视觉应用中，物体点在空间的三维位置与其在图像中对应二维像素点位置之间的关系, 数学上用几何投影模型来描述。该模型的参数一般通过对尺寸已知的标定图案(例如实心圆阵列或者黑白棋盘格)拍照、图像处理及计算得到，这个确定摄像头投影模型参数的过程即称之为标定。这些参数包括:内参数，指摄像头成像时的主点位置c_x、c_y及镜头焦距f_x、f_y，此类参数只与摄像头本身相关；外参数，指摄像头在空间的位置，一般指摄像头在某一参照坐标系内的旋转向量R及平移向量T；畸变参数，指摄像头拍照过程中，物点在图像中对应像素位置会偏离基于中心投影模型计算的理论成像点，该偏差一般由径向畸变参数k₁、k₂、k₃及切向畸变参数p₁、p₂来描述。

当前摄像头量产生产线通用的标定解决方案有两个限制。其一，由于使用的标定算法要求从不同角度拍多张标定模板的图像，当前产线上或者旋转2D平面标定模板，或者使用由多块平面标定模板(互相之间有固定角度)拼接的标定立体模板。旋转标定模板的装置机构复杂，并且旋转拉长了测量时间，降低单位时间产量，从而增加了成本。多块平面标定模板拼接的立体模板除了成本增加以外，或者需要按一定角度精确固定，或者需要在使用前高精度测量立体模板本身。其二，带有自动对焦功能的摄像头，其镜头一般固定在一个电子及机械运动机构上，例如VCM马达(音圈马达)等。镜头在镜筒内由运动机构沿光轴前后推动，改变位置。镜头到成像芯片表面的距离改变(即像距发生了变化)，摄像头对焦的深度也随之发生了变化，从而可以实现针对不同场景深度的对焦功能。但是，对于每一个场景深度，镜头在镜筒里都有一个对应的位置，不同的位置其标定参数值是不同的，理论上，摄像头需要在每个镜头位置，即对每一个场景深度都必须重新标定。摄像头的标定一般认为要想取得精确的标定结果，必须使用对焦的标定模板的图像因此每个对应的场景深度处都需要有一张标定模板，其尺寸与该深度成正比，标定时双目摄像头分别聚焦在该距离处的标定模板，拍准确对焦的标定模板图像进行标定参数计算。实际生产线出于成本和效率的考虑，一般不会在每个距离放置一块标定板，每个距离进行标定这种做法会导致标定机器尺寸巨大，而且标定机器还需要配置运动机构来替换不同深度的标定模板。每个距离这样进行标定还会大大延长工位时间，提高生产成本，这些都是摄像头模组生产厂家无法接受的。因此，目前的标定方案都无法全面考虑镜头在镜筒位置变化引起的标定参数变化。

发明内容