[发明专利]基于编码平面靶标的单目摄像机智能标定方法

权利要求书

1.基于编码平面靶标的单目摄像机智能标定方法，其特征在于：所述编码平面靶标由平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元交替组成的编码棋盘格构成，所述编码平面靶标以任意对角相连的平行四边形编码单元的交点作为编码平面靶标的标定角点，所述编码平面靶标一共包含M行×N列个标定角点，其中M和N均为正整数；编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元的内部设置有编码图案，编码图案包括定位图案、定向图案和编码标志图案，其中编码标志图案又由多个编码单元图案组成；由定向图案和定位图案可实现编码平面靶标旋转方向的判断；编码标志图案则是用于给编码平面靶标中每一个标定角点进行编码；

所述编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元内部的定位图案、定向图案和编码单元图案均不重叠且不连通；

该标定方法包括以下主要步骤：

步骤1、定义标定图像总数G，其中G为整数且G＞3；定义旋转阈值k₁和平移阈值k₂；定义编码平面靶标图像中标定角点个数阈值k₃；定义整数变量α、整数变量β、整数变量i′，并初始化α＝1,β＝0，i′＝0；

步骤2、以所述摄像机的光心作为摄像机坐标系的原点O_c，以标定角点像素坐标系的x轴方向为摄像机坐标系的X_c轴方向，以标定角点像素坐标系的y轴方向作为摄像机坐标系的Y_c轴方向，且所述摄像机坐标系的X_c轴、Y_c轴和Z_c轴满足右手定则，从而建立所述摄像机坐标系O_c-X_cY_cZ_c；

步骤3、利用位置固定的摄像机实时拍摄空间中移动的编码平面靶标，获得靶标图像；

步骤4、将所述靶标图像为第α个移动位置上的编码平面靶标经过摄像机进行成像时所得的图像记为第α幅靶标图像；

步骤5、以所述靶标图像的左上角作为标定角点像素坐标系的原点o，自左向右作为所述标定角点像素坐标系的x轴方向，自上向下作为所述标定角点像素坐标系的y轴方向，从而建立标定角点像素坐标系o-xy；

步骤6、根据第α个移动位置上的编码平面靶标上的第1行第1个平行四边形编码单元的4个顶点中是标定角点的个数为Φ_p情况，建立对应的第α个靶标坐标系

步骤7、将第α幅靶标图像进行复制备份得到第α幅复制靶标图像；

步骤8、将第α幅复制靶标图像作为输入条件，利用编码平面靶标的解码方法获得第α幅复制靶标图像上的标定角点在标定角点像素坐标系o-xy下的亚像素坐标值、第α幅复制靶标图像上提取到的标定角点的个数γ^(α)、第α幅复制靶标图像中提取到的每个标定角点的唯一编码序号以及第α幅复制靶标图像中提取到的所有标定角点在标定角点像素坐标系o-xy下的亚像素级坐标和与之一一对应的空间中第α个移动位置上的编码平面靶标上具有相同唯一编码序号的标定角点在所述第α个靶标坐标系下的靶标坐标之间的匹配关系，其中γ^(α)为正整数；

步骤9、判断第α幅复制靶标图像上提取的标定角点的个数γ^(α)是否小于标定角点个数阈值k₃；若γ^(α)＜k₃，则执行步骤14；

步骤10、将第α幅复制靶标图像中提取到的所有标定角点在标定角点像素坐标系o-xy下的亚像素级坐标和与之一一对应的空间中第α个移动位置上的编码平面靶标上具有相同唯一编码序号的标定角点在所述第α个靶标坐标系下的靶标坐标之间的匹配关系记为第α个标定角点亚像素级坐标与靶标坐标的匹配组；

步骤11、将第α个标定角点亚像素级坐标与靶标坐标的匹配组作为输入条件，利用编码平面靶标空间姿态判断法获得返回的姿态判断值J_p，若J_p＝＝1则从执行步骤12顺序执行；否则执行步骤14；

步骤12、将α的值赋值给i′，i′＝α，将β+1赋值给β，将所述第α幅靶标图像作为第β幅标定图像，并将第α个标定角点亚像素级坐标与靶标坐标的匹配组作为第β个标定角点亚像素级坐标与靶标坐标的匹配组，同时将第α个靶标旋转矩阵R_α和第α个靶标平移矩阵T_α分别赋值给第β个标定旋转矩阵R′_β和第β个标定平移矩阵T′_β；

步骤13、判断β是否等于标定图像总数G；若β＝＝G，则获得了G幅标定图像和G个标定角点亚像素级坐标与靶标坐标的匹配组；否则执行步骤14；

步骤14、将α+1赋值给α，返回步骤4顺序执行；

步骤15、根据所述G个标定角点亚像素级坐标与靶标坐标的匹配组，利用张正友摄像机标定算法计算出所述摄像机的内外参数。