一种相机标定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种相机标定方法和装置，属于相机标定技术领域，相机标定方法包括如下步骤：获取由合成随机散斑图制成的三维标定物的标定图像；在三维标定物的随机散斑图上选取控制点，并在标定图像上选取与所述控制点相对应的匹配点；构建控制点的空间三维坐标和匹配点的像素坐标之间的对应函数关系；求解对应函数关系，获得相机的标定参数。本发明专利技术能够简化相机标定步骤，节省操作时间，且提高标定精度。且提高标定精度。且提高标定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种相机标定方法和装置


[0001]本专利技术涉及一种相机标定方法和装置，属于相机标定


技术介绍

[0002]目前，按照标定物的维度，相机标定技术可以分为四种：零维、一维、二维 和三维。其中，零维，是指不通过标定物，根据摄像机生成照片中的一些特殊 几何关系，结合光学投射原理来增加信息量；而一维、二维和三维，则根据世 界坐标系下的点到图像坐标系中所经过的映射变换，利用图像中的控制点进行 求解。在实际应用中，往往二维和一维通过一些约束条件来求解单应矩阵，三 维则采用的点多且计算精确，操作复杂。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种相机标定方法和装置， 能够简化相机标定的步骤，节省操作时间，并且提高标定精度。
[0004]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种相机标定方法，包括如下步骤：
[0006]获取由合成随机散斑图制成的三维标定物的标定图像；
[0007]在三维标定物的随机散斑图上选取控制点，并在标定图像上选取与所述控制 点相对应的匹配点；
[0008]构建控制点的空间三维坐标和匹配点的像素坐标之间的对应函数关系；
[0009]求解对应函数关系，获得相机的标定参数。
[0010]进一步的，所述三维标定物为包括底面随机散斑图、左侧随机散斑图和右侧 随机散斑图的三面体结构；
[0011]所述底面随机散斑图固定设置，所述左侧随机散斑图和所述右侧随机散斑图 分别垂直于所述底面随机散斑图，且能够相对所述底面随机散斑图偏转移动。
[0012]进一步的，所述底面随机散斑图、左侧随机散斑图和右侧随机散斑图均为正 方形，所述左侧随机散斑图和所述右侧随机散斑图通过边相交于过所述底面随 机散斑图顶点且垂直于所述底面随机散斑图的轴线，且以所述轴线为中心相对 所述底面随机散斑图偏转移动。
[0013]进一步的，获取标定图像的方法包括如下步骤：
[0014]调整左侧随机散斑图和/或右侧随机散斑图相对底面随机散斑图的位置；
[0015]利用相机获取不同位置时三维标定物的标定图像。
[0016]进一步的，选取相对应的控制点和匹配点的方法包括如下步骤：
[0017]在底面随机散斑图上随机地定义一个控制点；
[0018]根据数字图像相关法，以所述控制点为中心建立一个正方形；
[0019]在标定图像上确定一个与所述正方形相对应的变形区域；
[0020]选定变形区域的中心为与控制点相对应的匹配点。
[0021]进一步的，确定相对应的变形区域的方法包括如下步骤：
[0022]通过粒子群优化算法在标定图像的像素坐标中进行全局搜索；
[0023]以变形区域四边形的顶点坐标作为模型输入，以变形区域与正方形的相似度 作为适应度；
[0024]基于适应度的迭代计算，得到相对应的变形区域的顶点坐标，确定相对应的 变形区域。
[0025]进一步的，通过数字图像相关法中的ZNSSD标准来确定变形区域与正方形的 相似度，所述ZNSSD标准表示为：
[0026][0027]式中，T表示像素大小为[-M,M]*[-M,M]，以控制点P为中心的未变形正方形区 域，i、j分别取值[-M,M],M为正整数。其中表示正方形区域内某一像素 点Q在未变形前的空间像素坐标，表示该像素点Q的灰度值，表示该正 方形区域内所有像素点的平均灰度值。T
′
表示该正方形区域发生变形之后的变 形区域，表示该像素点Q变形之后的空间像素坐标，表示像素点Q在 变形后的灰度值，为变形区域内所有像素点的平均灰度值。
[0028]进一步的，通过最大似然估计的非线性优化方法对所述对应函数关系进行求 解优化，获取相机的标定参数。
[0029]进一步的，如图所述对应函数关系表示为：
[0030][0031][0032][0033]式中，(X,Y,Z)表示控制点P的空间三维坐标，(f
x
,f
y
,s,c
x
,c
y
)为相机的内参， (r
st
,t
s
|s＝1,2,3,t＝1,2,3)为相机的外参，(k1,k2,k3,p1,p2)为相机的畸变参数，(u,v)为控 制点P在像素坐标系下的像素坐标，(u0,v0)为图像平面与光轴的交点o的像素坐 标，(x,y)为以o为坐标原点建立的成像平面坐标系下控制点P畸变前的坐标， (x
c
,y
c
)为成像平面坐标系下控制点P畸变后的坐标。
[0034]第二方面，本专利技术提供了一种装置，所述装置包括如下模块：
[0035]图像获取模块，用于获取由合成随机散斑图制成的三维标定物的标定图像；
[0036]点位匹配模块，在三维标定物的随机散斑图上选取控制点，并在标定图像上 选取与所述控制点相对应的匹配点；
[0037]关系构建模块，构建控制点的空间三维坐标和匹配点的像素坐标之间的对应 函数关系；
[0038]标定参数模块，求解对应函数关系，获得相机的标定参数。
[0039]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0040]采用随机散斑图制成的三维标定物实现相机参数的三维标定，其中，三维标 定物通过调节位置实现多组标定图像的获取，避免了相机的移动，其结构设计 简单，操作方便；且基于随机散斑图并采用粒子群优化算法进行点位匹配选择， 能够获得更高匹配精度和匹配效率。
附图说明
[0041]图1是本专利技术实施例提供的一种相机标定方法的流程图；
[0042]图2是图1中选取相对应的控制点和匹配点的方法流程图；
[0043]图3是图2中确定相应的变形区域的方法流程图；
[0044]图4是本专利技术实施例提供的一种随机散斑图的示意图；
[0045]图5是本专利技术实施例提供的一种三维标定物的结构示意图；
[0046]图6是本专利技术实施例提供的一种相机与三维标定物的位置关系示意图；
[0047]图7是本专利技术实施例提供的一种三维标定物所在的空间三维坐标系；
[0048]图8是本专利技术实施例提供的一种随机散斑图的空间像素坐标系；
[0049]图9是本专利技术实施例提供的一种标定图像的像素坐标下的随机散斑图；
[0050]图10是本专利技术实施例提供的一种相机标定的具体操作方法的流程图；
[0051]图11是本专利技术实施例提供的一种装置的结构示意图；
[0052]图12是本专利技术实施例提供的一种针孔相机标定示意图。
具体实施方式
[0053]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本 专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0054]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相机标定方法，其特征在于，包括如下步骤：获取由合成随机散斑图制成的三维标定物的标定图像；在三维标定物的随机散斑图上选取控制点，并在标定图像上选取与所述控制点相对应的匹配点；构建控制点的空间三维坐标和匹配点的像素坐标之间的对应函数关系；求解对应函数关系，获得相机的标定参数。2.根据权利要求1所述的相机标定方法，其特征在于，所述三维标定物包括底面随机散斑图、左侧随机散斑图和右侧随机散斑图；所述底面随机散斑图固定设置，所述左侧随机散斑图和所述右侧随机散斑图分别垂直于所述底面随机散斑图且能够相对所述底面随机散斑图偏转移动。3.根据权利要求2所述的相机标定方法，其特征在于，所述底面随机散斑图、左侧随机散斑图和右侧随机散斑图均为正方形，所述左侧随机散斑图和所述右侧随机散斑图通过边相交于过所述底面随机散斑图顶点且垂直于所述底面随机散斑图的轴线，且以所述轴线为中心相对所述底面随机散斑图偏转移动。4.根据权利要求3所述的相机标定方法，其特征在于，获取标定图像的方法包括如下步骤：调整所述左侧随机散斑图和/或右侧随机散斑图相对所述底面随机散斑图的位置；利用相机获取经位置调整的三维标定物的标定图像。5.根据权利要求3所述的相机标定方法，其特征在于，选取相对应的控制点和匹配点的方法包括如下步骤：在底面随机散斑图上随机地定义一个控制点；根据数字图像相关法，以所述控制点为中心建立一个正方形；在标定图像上确定一个与所述正方形相对应的变形区域；选定变形区域的中心为与控制点相对应的匹配点。6.根据权利要求5所述的相机标定方法，其特征在于，确定相对应的变形区域的方法包括如下步骤：通过粒子群优化算法在标定图像的像素坐标中进行全局搜索；以变形区域四边形的顶点坐标作为模型输入，以变形区域与正方形的相似度作为适应度；基于适应度的迭代计算，得到相对应的变形区域的顶点坐标，确定相对应的变形区域。7.根据权利要求6所述的相机标定方法，其特征在于，通过数字图像相关法中的ZNSSD标准来确定变形区域与正方形的相似度，所述ZNSSD标准表示为：式中，T表示像素大小为[-M,M]*[...

【专利技术属性】
技术研发人员：包腾飞，舒小颂，李扬涛，杨晨蕾，张静缨，朱征，胡雨菡，龚健，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：