[发明专利]一种单目相机外参标定系统及方法

权利要求书

1.一种单目相机外参标定系统，其特征在于：包括

标靶(1)，数量为至少六个；

相机(2)，位于目标车辆(5)上，用于拍摄标靶(1)的图像；

全站仪(3)，用于测量标靶(1)和目标车辆(5)的位姿；

计算单元(4)，用于获取相机(2)拍摄的图像和全站仪(3)测量的位姿；

计算单元(4)分析在相机(2)的成像平面上各个标靶(1)的真实像素位置，并建立以目标车辆(5)的后桥中心为原点的车辆坐标系，求解相机(2)的六自由度的位置和角度；

计算单元(4)以全站仪(3)自身为原点建立世界坐标系，得出各个标靶(1)在世界坐标系中位置，得出目标车辆(5)在世界坐标系中的位置；

计算单元(4)设置有相机(2)在车辆坐标系中的假想位置、角度，利用相机(2)的内参、各个标靶(1)在世界坐标系中位置、目标车辆(5)在世界坐标系中的位置，将各个标靶(1)投影至假想位置的相机(2)的成像平面上，并得出各个标靶(1)在假想成像平面上的假想像素位置；

计算单元(4)对比各个标靶(1)的假想像素位置和真实像素位置；计算单元(4)记录有投影方程，经过重复迭代相机(2)在车辆坐标系中的假想位置，求解相机(2)在车辆坐标系中的位姿。

2.根据权利要求1所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：每个标靶(1)均包括反光部和角特征部；角特征部为相机(2)便于识别的结构；所有的角特征部均始终位于相机(2)的成像平面内；所有的角特征部均始终位于全站仪(3)的成像平面内；所有的标靶(1)在世界坐标系中所在的平面数量为至少六个；所有的标靶(1)在世界坐标系中至少存在六个不同的角度。

3.根据权利要求2所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：反光部为反光贴纸，反光贴纸的表面由反光材料制成；反光贴纸覆盖角特征部。

4.根据权利要求1所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：全站仪(3)测量的目标车辆(5)的图像中包括至少三个关键点；至少一个关键点位于后桥的轴心所在的目标车辆(5)外壳上；至少一对关键点在目标车辆(5)外壳上处于对称位置。

5.根据权利要求4所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：车辆坐标系的设定方式为：位于后桥的轴心的关键点为Y轴所在的点；在目标车辆(5)外壳上处于对称位置的两个关键点为相对X轴对称的点；与X轴和Y轴均垂直的直线为Z轴；X、Y和Z轴的相交点为原点。

6.根据权利要求1所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：重复迭代相机(2)在车辆坐标系中的假想位置的过程包括：将各个标靶(1)的假想像素位置和真实像素位置的对比结果，根据投影方程的偏导，对相机(2)的六自由度的旋转和平移进行调整，形成相机(2)在车辆坐标系中新的假想位置，并得出各个标靶(1)在新的假想成像平面上的新的假想像素位置；对比新的假想像素位置和真实像素位置的对比结果重新迭代，直至假想像素位置和真实像素位置一致。

7.根据权利要求1所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：全站仪(3)测量标靶(1)的顺序规律按照标靶(1)的摆放规律。

8.根据权利要求2所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：相机(2)为前视相机或环视相机；相机(2)的拍摄方向为车辆坐标系或世界坐标系中的任一方向。

9.根据权利要求1所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：相机(2)在车辆坐标系中的位姿包括：相机(2)焦点在车辆坐标系中的具体坐标和相机(2)与车辆坐标系形成的横摆角、俯仰角、自旋角。

10.一种单目相机外参标定方法，基于使用权利要求1-9任一所述的一种单目相机外参标定系统，其特征在于：包括以下步骤：

S1.全站仪(3)测量所有的标靶(1)的位置，计算单元(4)记录映射在世界坐标系上的坐标位置；

S2.全站仪(3)测量目标车辆(5)的关键点位置，计算单元(4)根据关键点在世界坐标系中的坐标位置，建立车辆坐标系；

S3.相机(2)拍摄所有的标靶(1)的图像，计算单元(4)记录在相机(2)的成像平面上的真实像素位置；

S4.计算单元(4)初步设定相机(2)在车辆坐标系中的假想坐标和角度，并建立假想的成像平面；

S5.计算单元(4)将所有的标靶(1)投影至假想的成像平面上，获取假想像素位置；

S6.对比假想像素位置和真实像素位置重合程度是否符合要求，若不符合要求则进行S7，若符合要求则将此时的相机(2)的假想位姿作为真实位姿输出；

S7.计算单元(4)对相机(2)的六自由度的旋转和平移进行调整，获取新的假想像素位置；

S8.对比新的假想像素位置和真实像素位置是否重合，若不重合则返回进行S7，若重合则将此时的相机(2)的假想位姿作为真实位姿输出。