一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，包括如下步骤：基于多个小靶标共面放置形成靶标平面；分别获取两个摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系；基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和所述摄像机位置对目标进行定位。本发明专利技术既解决了在靶标共面时无法标定的问题，也解决了基于该标定方法进行目标定位的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法
本专利技术涉及双目视觉定位领域，具体涉及一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法。
技术介绍
传统的双目立体视觉测量方法是先将标靶布置在测量空间中，要求靶标呈空间分散分布，最好能够遍布测量空间，或者靶标点构成的空间要包含测量空间，根据标定得到单个相机的图像像素坐标与空间坐标的映射关系，在实际测量时，两组映射关系联立即可适用最小二乘法进行求目标三维空间位置的求解。然而当靶标共面时，无法求解单个相机像素坐标到三维空间坐标之间的映射关系，因为已知靶标点共面，相当于缺失一维坐标的标定信息，即映射矩阵不满秩，无解，即使使用相机位置坐标当作另一个靶标点加入标定计算，因为靶标分布地极其不均匀，会导致测量误差极大。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，包括如下步骤：基于多个小靶标共面放置形成靶标平面；分别获取两个摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系；基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和所述摄像机位置对目标进行定位。作为上述方案的进一步优化，所述摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系，通过计算靶标平面和摄像机图像平面间的单应性矩阵获取。作为上述方案的进一步优化，所述获取两个摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系之后，还包括：基于所述映射关系和目标在摄像机图像中的坐标，获取摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点。作为上述方案的进一步优化，所述基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和所述摄像机位置对目标进行定位，具体为：基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和所述摄像机位置，获取所述视线的空间方程；获取两个摄像机对目标形成的两条视线的最短距离的中点，即为目标位置。作为上述方案的进一步优化，所述获取两个摄像机对目标形成的两条视线的最短距离D，公式为：D＝min(P-Q)2，其中，P为一个摄像机对目标的视线L1上的一点，Q为另一个摄像机对目标的视线L2上的一点，视线L1和L2的空间方程分别为：L1：P＝P0+a*(P1-P0),a≥1；L2：Q＝Q0+b*(Q1-Q0),b≥1；P0和Q0分别是两个摄像机的坐标，P1和Q1分别是两个摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点。作为上述方案的进一步优化，所述两个摄像机对目标形成的两条视线的最短距离D，采用最小二乘法。本专利技术的一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，具备如下有益效果：1、针对在靶标共面时无法进获取摄像机图像平面坐标系与世界坐标系的转换关系，从而无法准确获取在摄像机图像平面坐标系的点在世界坐标系的坐标，即无法对目标定位，本专利技术通过基于多个共面的靶标形成的靶标平面，采用平面靶标标定方法进行标定，同时基于该标定过程中建立的世界坐标系，通过摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和相机的位置构成空间直线来对目标定位，即解决了在靶标共面时无法标定的问题，也解决了基于该标定方法进行目标定位的问题。2、在基于平面靶标标定后，基于平面靶标上的投影点和摄像机之间形成的视线，以及两个摄像机的两条视线交汇于目标位置的计算过程，实现了对目标的定位。附图说明图1是本专利技术提供的一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法的流程图；图2是本专利技术提供的一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法的一种成像模型；图3是本专利技术提供的一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法的另一种成像模型。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本专利技术的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，是本实施例提供的基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法流程图，参见图2和3，是本实施例提供的基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法所建立的双目视觉系统的成像模型，其中，包括对目标从两个视角成像的摄像机，该两个视角的相互位置关系不做限制，即对这两个视角的视线相交、不相交、平行、不平行等不做限制，还包括在两个摄像机摄像范围内的由多个小靶标共面放置形成的靶标平面，基于该视觉系统，本实施例提供的一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，包括：基于多个小靶标共面放置形成靶标平面，当然，多个小靶标放置于近似同一个平面内即可；分别获取两个摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系；基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和所述摄像机位置对目标进行定位。基于本实施例提供的方法，针对在靶标共面时无法获取摄像机图像平面坐标系与世界坐标系的转换关系，从而无法准确获取在摄像机图像平面坐标系的点在世界坐标系的坐标，即无法对目标定位，本专利技术通过基于多个共面的靶标形成的靶标平面，采用平面靶标标定方法进行标定，同时基于该标定过程中建立的世界坐标系，通过摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点对目标定位，即解决了在靶标共面时无法标定的问题，也解决了基于该标定方法进行目标定位的问题。优选的，上述摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系，通过计算靶标平面和摄像机图像平面间的单应性矩阵获取；单应性矩阵H为一个平面到另一个平面的投影映射，是一个3×3的矩阵，因此有9个未知数，一般一对点可以提供2个方程，但是单应性矩阵有自己的特点：可以约束矩阵的模为1，或者非系数量h33设为1，确定数值的缩放系数。因此需要至少4个点对就可以完成对单应性矩阵的求解。靶标平面上的点(x′,y′)、摄像机图像上的点(x,y)的转换关系为：基于该转换关系以及多于4个点对来计算单应性矩阵，当然实际应用中为了使得计算更精确可选择远大于4个点对来计算。获取摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系之后，就可以基于所述映射关系和目标在摄像机图像中的坐标，获取摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点；接着，基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点，就可以对目标定位，其定位方法所依据的原理为：摄像机和对应在靶标平面的投影点之间形成一条视线，两个摄像机对目标的视线交汇于目标位置。当然两个摄像机的视线可能会交汇于一点(参见图2的成像模型)，也可能不会交汇于一点(参见图3的成像模型)，具体定位方法，包括如下步骤：基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和所述摄像机位置，获取所述视线的空间方程，即：视线L1的空间方程为：L1：P＝P0+a*(P1-P0),a≥1；视线L2的空间方程为：L2：Q＝Q0+b*(Q1-Q0),b≥1；其中，P0和Q0分别是两个摄像机的坐标，P1和Q1分别是两个摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点。基于上述两个视线的空间方程，获取两个摄像机对目标形成的两条视线的最短距离的中点，即为目标位置，即：先获取两个摄像机对目标形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，其特征在于，包括如下步骤：/n基于多个小靶标共面放置形成靶标平面；/n分别获取两个摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系；/n基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和所述摄像机位置对目标进行定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于多个小靶标共面放置形成靶标平面；
分别获取两个摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系；
基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点和所述摄像机位置对目标进行定位。


2.根据权利要求1所述的一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，其特征在于，所述摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系，通过计算靶标平面和摄像机图像平面间的单应性矩阵获取。


3.根据权利要求2所述的一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，其特征在于，所述获取两个摄像机图像平面和靶标平面之间的映射关系之后，还包括：基于所述映射关系和目标在摄像机图像中的坐标，获取摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点。


4.根据权利要求1所述的一种基于共面靶标的大视场双目立体标定与定位方法，其特征在于，所述基于摄像机对目标的视线在靶标平面的投影点...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏烨，李强国，刘栋材，秦少谦，卢小银，
申请(专利权)人：合肥富煌君达高科信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34