一种自适应的双目相机标定方法.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CN113870364A(43)申请公布日2021.12.31(21)申请号202111159656.4(22)申请日2021.09.30(71)申请人吉林大学重庆研究院地址401120重庆市渝北区龙兴镇两江大道618号(72)发明人张晋东冯天琦(74)专利代理机构北京君琅知识产权代理有限公司16017代理人陈建(51)Int.Cl.G06T7/80(2017.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称一种自适应的双目相机标定方法(57)摘要本发明公开了一种自适应的双目相机标定方法，对左右相机分别进行单目标定以及对双目相机进行的立体标定，获得的结果矩阵分别为：左右相机的内参矩阵cameraMatrixR,cameraMatrixL；左右相机的畸变矩阵distCoeffeL，distCoeffeR；以及双目相机两个镜头间的旋转矩阵R和平移矩阵T，最后对标定结果进行存储。本发明相对于现有的相机标定工具，标定使用者可以自由选择标定使用的图片数量以及图片的大小，并且在输出标定结果时，可以将左右相机的单独标定结果以及双目相机的标定结果进行保存。CN113870364ACN113870364A权利要求书1/3页1.一种自适应的双目相机标定方法，其特征在于，具体过程为：S1、确定标定板在横纵方向上的角点数以及标定板上角点间的间距；确定左相机和右相机拍摄照片的保存路径；确定左相机和右相机进行标定所使用的图片数量，并定义标定图片所使用的图片大小以及标定结果的保存路径；使用双目相机在各个不同角度分别拍摄设定数量的棋盘格图片，要求图片中作为标定板的棋盘格为完整棋盘格；将左相机和右相机获得的棋盘格图片分别储存；S2、角点搜索：将棋盘格图片统一调整至设定的分辨率，并转为灰度图；利用Harris算法搜索确定棋盘格图片中的角点位置；利用亚像素精确化方法对获得的角点位置进行精确化，进而获得角点的图像坐标；S3、对左相机、右相机分别进行单目标定：利用左相机、右相机拍摄的标定板的图像的像素坐标，和标定板的世界坐标，求解角点由世界坐标系转换到像素坐标系的投影矩阵M；设相机的像素标系为以图像左上角为原点的坐标系Mp(x,y)，世界坐标系为以标定板左上角的角点坐标为原点的坐标系Mw(x,y,z)；因此，由世界坐标系转换到像素坐标系的过程表示为：Mp＝MMw图像由世界坐标系转换为像素坐标系，包括由世界坐标系转换为相机坐标系Mc、由相机坐标系转换为图像坐标系Mxy、由图像坐标系转换为像素坐标系Mp三个过程；(1)由世界坐标系转换到相机坐标系：设旋转矩阵为R，平移矩阵为T；图像由世界坐标系转换到相机坐标系的投影矩阵M1由R与T组成，即即图像由世界坐标系转换到相机坐标系的过程为Mc＝M1Mw，Mc表示相机坐标系下的图像，Mw表示世界坐标系下的图像；(2)由相机坐标系转换到图像坐标系：将相机坐标系视为与图像坐标系在同一平面上，设图像坐标系下的坐标为Mxy(x，y)，则可表示为：2CN113870364A权利要求书2/3页Xc、Yc、Zc为角点在相机坐标系下的图像坐标；则用矩阵乘法可表示为：设变换使用的矩阵为M2，则由相机坐标系转换为图像坐标系的过程表示为：Mxy＝M2Mc(3)由图像坐标系到像素坐标系：由于图像坐标系的原点在图像的中心点，像素坐标系将图像的左上角设为原点，以向右和向下作为x和y轴正向；设cx、cy为图像坐标系原点在像素坐标系下的坐标，fx、fy分别为x、y轴每毫米代表的像素数，设(u，v)为角点在像素坐标系下的坐标，按下式由图像坐标系转换到像素坐标系：即可以表示为Mt＝M3Mxy；因此，图像由世界坐标系到像素坐标系的投影矩阵M＝M3M2M1，其中未知量包括旋转矩阵R、平移矩阵T，以及fx、fy，cx、cy和焦距f；通过相机标定可解出以上未知量；(4)相机的畸变相机畸变模型如下：即相机真实坐标与理想坐标间的泰勒展开式；xdistorted和ydistorted为像素点在图像中的坐标，x与y为理想情况下的坐标，r2＝x2+y2；由此，相机标定即为利用角点搜索函数获得的角点的像素坐标和角点的世界坐标求解未知量R，T，fx，fy，cx，cy，以及径向畸变k，得到相机的内参矩阵、外参矩阵和畸变矩阵；S4、角点世界坐标的计算：根据张友正标定法，设以棋盘格左上角第一个角点为坐标原点，以棋盘格边为x轴、y轴正方向，以垂直棋盘格为z轴，令棋盘格置于z＝0的平面上，以1mm为一个坐标单位，则每个角点的坐标表示为：(xn1,yn2,zn3)＝(n1×N,n2×N,n3×N)其中，N为两个角点之间的间距；S5、双目相机标定：设根据单目标定所得到的左相机和右相机外参矩阵分别为Rr，Tr和Rl，Tl；那么