一种全景红外相机几何标定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113781579A(43)申请公布日2021.12.10(21)申请号202111060670.9(22)申请日2021.09.10(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人邓华健王昊金仲和(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人万尾甜韩介梅(51)Int.Cl.G06T7/80(2017.01)权利要求书4页说明书8页附图2页(54)发明名称一种全景红外相机几何标定方法(57)摘要本发明公开了一种全景红外相机几何标定方法，该方法首先将一个或多个红外靶标固定在转台前，采用高精度转台控制全景红外相机转动，实现不同角度的靶标图像采集；接着采用灰度质心定位算法提取红外靶标图案的中心，实现控制点提取；以相机的安装位置和安装矩阵与靶标的位置作为外参，以相机主点与畸变系数作为内参，建立转台转动过程中红外靶标在相机中成像的完整模型，采用两步估计方法完成参数的精密估计，实现了红外全向相机的精密标定。本发明的全景红外相机标定方法对红外图像中普遍存在的靶标图案边缘模糊不敏感，无需外参的初始信息，且不受相机可能存在的盲区影响，完全覆盖全靶面，能很好地完成全景红外相机标定任务，达到较高精度。CN113781579ACN113781579A权利要求书1/4页1.一种全景红外相机几何标定方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据相机的响应特性选择对应的红外靶标；将选择的一个或多个红外靶标固定在转台前无遮挡的区域，使红外靶标正对红外相机；2)使控制点覆盖红外相机全靶面：控制转台的轴按固定间隔转动，在转台每一个转动位置，采集转台的转动角度，并采用红外相机对红外靶标进行拍照，依据红外靶标的图像提取出控制点；3)对全景红外相机标定过程中红外靶标在全景红外相机中成像的完整过程进行内参外参联合建模：以全景红外相机在转台上的安装位置与安装矩阵和红外靶标相对于转台的位置为外参，建立了描述转台转动过程中红外靶标在全景红外相机坐标系下的位置关系的外参模型；以全景红外相机主点与畸变系数为内参，分别建立依据全景红外相机设计原理的粗略成像模型与依据多项式拟合与畸变参数修正的精细成像模型；4)采用两步法完成上述模型中的内部参数外部参数联合估计：第一步依照步骤3)中建立的外参模型与粗略成像模型，形成非线性最小二乘问题，完成参数初步估计，第二步依照步骤3)中建立的外参模型与精细成像模型，形成非线性最小二乘问题，完成参数优化；由此完成对全景红外相机几何标定参数的高精度估计。2.根据权利要求1所述的全景红外相机几何标定方法，其特征在于，所述的步骤2)中，依据红外靶标的图像提取出控制点，具体为：首先对于全景红外相机所拍摄的图像，计算其图像像素灰度的全局标准差的3.5倍加上全局平均值作为阈值T，得到灰度阈值图像：其中(u,v)表示像素的坐标，f(u,v)表示像素的原始灰度，F(u,v)表示像素的阈值灰度；接着对灰度阈值图像进行四连通域处理，提取红外靶标所成图像的区域；最后采用质心定位算法完成控制点提取：其中，m和n分别为u方向和v方向像素的总数，(uc,vc)表示控制点的坐标。3.根据权利要求1所述的全景红外相机几何标定方法，其特征在于，所述的步骤3)具体为：利用外参进行建模具体为：所述的转台为双轴转台；以双轴转台的旋转中心O为原点，以双轴转台的X，Y和Z轴建立双轴转台旋转坐标系P；在双轴转台位于初始旋转位置时，定义此时的旋转坐标系P为惯性坐标系B；以相机的光学中心Oc，图像传感器的行作为Xc轴，图像传感器的列作为Yc轴，Zc垂直于Xc轴与Yc轴，建立全景红外相机坐标系C；在第i组双轴转台转动角度上，对于采集得到的第j个红外靶标对应的控制点，其在全CT景红外相机坐标系C下的坐标XDij＝[XDijC,YDijC,ZDijC]，有如下关系：2CN113781579A权利要求书2/4页BT其中XDj＝[XDjB,YDjB,ZDjB]表示第j个红外靶标在惯性坐标系B下的位置；表示从双轴转台固连坐标系P到全景红外相机坐标系C的旋转矩阵，表示从惯性坐标系B到双轴转台固连坐标系P的旋转矩阵；描述了全景红外相机在双轴转台上的安装关系，采用三组独立的参数α,β,来描述，的表达式为：描述了双轴转台的旋转过程，依据实际采用的双轴转台，采用两组独立的参数θxi,θzi来描述，的表达式为：利用内参进行建模，具体为：图像坐标系以图像传感器上的成像中心Os作为原点，像素坐标系以图像传感器左上角作为原点，两平面坐标系均以图像传感器的行和列作为X轴和Y轴；C依据全景红外相机成像原理，红外靶标在全景红外相机坐标系C上的坐标为XD＝[XDC,TTYDC,ZDC]，其在图像坐标系上投影成为