[发明专利]一种双目视觉系统误差建模方法

说明书

本发明提供一种双目视觉系统误差建模方法，属于计算机视觉领域。首先，建立双目视觉系统误差分析模型。其次，解算相关关系，求解相关系数。最后，带入模型计算相机误差。本发明提出的模型引入协方差来描述双目视觉系统中不同系统参数之间，特别是相机角度、相机焦距、基线对相机对应点检测失真误差的相互关系。能够充分考虑到系统参数之间的相互作用影响后，建立误差分析新模型，能够得到更加准确的相机误差估计，有效解决传统误差模型求得最佳相机参数与实际不符的问题。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，涉及一种双目视觉系统误差建模方法。

背景技术

双目立体视觉(StereoVision)可以通过匹配来自两个摄像机(或图像)的对应点来确定一个物体的三维坐标，一个典型的双目视觉系统由两个主轴成一定角度的相机组成。影响双目视觉系统精度的因素可分为内在因素与外在因素两部分。内在因素包括相机图像分辨率、图像传感器的信噪比和镜头畸变失真；外在因素包括系统的校准、相应点的检测和相机的位姿。其中，内在因素很大程度上由相机本身硬件决定，一旦相机硬件被确定，系统的精度就只与外在因素相关。外在因素中，随着系统校准和相应点检测技术的发展，两者精度均已达到亚像素级别。而选择合适的相机的位姿，即确定相机基线与光轴之间的角度以及基线距离需要计算分析。双目视觉系统的精度是评价其性能最重要的，大部分的双目视觉系统都是由工程师凭经验搭建的，导致其精度较低。因此需要一种准确的指标系统误差建模方法，来指导搭建一个高精度的双目视觉系统。

以往关于系统参数的大部分研究中，都是依据误差传递以及合成理论，计算各系统参数的测量误差传递函数，来确定最佳的相机角度取值范围。如刘琼等[Liu Q,Qin X,Yin S,et al.Structural parameters optimal design and accuracy analysis forbinocular vision measure system[C]//2008IEEE/ASME International Conference onAdvanced Intelligent Mechatronics.IEEE,2008:156-161.]将系统参数作为彼此独立的参数，分别计算了两相机夹角相等以及夹角不等两种情况下最佳相机角度取值范围，计算分析过程简单直观，但是此模型方法忽视了相机参数之间的约束关系，计算得到的最佳相机角度取值范围(30°～60°)也与实际应用中的双目系统以及商业产品中使用的相机角度不吻合(60°～80°)。Lu Yang等[Yang L,Wang B,Zhang R,et al.Analysis on locationaccuracy for the binocular stereo vision system[J].IEEE Photonics Journal,2017,10(1):1-16.]设计了一种改进分析模型，考虑了相机基线、相机焦距与相机角度之间的相互关系，然后对这3个参数组合引起的误差进行综合分析。这种方法得到的相机角度取值更加准确，但是其只考虑了三个系统参数之间的相互关系，忽视了由于相机角度变化导致的特征点离焦模糊，仍然具有一定的局限性。

通过实验发现，对于双目视觉系统，例如相机基线、焦距、相机角度、对应点检测等相机的系统参数之间存在一定的相互关系，例如相机角度的变化会导致图像上特征点的检测出现一定的视角失真误差，这种系统参数之间的相关性会直接影响到双目视觉系统精度的计算，以上现有的误差计算模型均未系统考虑所有系统参数之间相互关系的影响。因此，需要提出一种更准确、全面的误差分析模型，考虑不同系统参数误差之间相互作用的误差分量，实现更精确的可量化的双目视觉系统精度评估，并解决最佳相机角度的选择问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新的双目视觉系统误差建模方法。在确定相机参数情况下，能更准确得计算双目视觉系统的精度，从而实现相机参数最佳数值选取，解决现有相机参数彼此独立计算误差的模型计算出的最佳相机参数与实际不符合的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为

一种双目视觉系统误差计算模型，包括以下步骤：