一种全景环带相机的标定方法及标定系统技术方案

本发明专利技术涉及一种全景环带相机的标定方法及标定系统，标定方法包括：采集数张标定图片；提取角点设置标定图片的中心点为初始中心点，并利用泰勒相机模型计算得到相机的内参和外参；确定初始中心点附近的搜索范围，在搜索范围内均匀取点，将选取的点分别作为当前中心点，利用相机的内参和外参，计算各当前中心点的重投影误差并进行比较，选取重投影误差最小的当前中心点作为下一次搜索范围的中心点，并重复本步骤，直至满足搜索终止条件，得到目标中心点；去除重投影误差大于阈值的标定图片；计算图片中所有角点的重投影误差并比较，去除重投影误差大于阈值的角点；重新计算相机的内参和外参。本发明专利技术提高了全景环带相机标定的速度和准确率。度和准确率。度和准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种全景环带相机的标定方法及标定系统


[0001]本专利技术属于图像校正
，具体涉及一种全景环带相机的标定方法及标定系统。

技术介绍

[0002]全景环带光学系统是一种折反射式光学系统，结构与普通的折反射式光学系统不同。
[0003]其中，普通的折反射式光学系统一般由一个鱼眼相机与独立于鱼眼相机正前方的一块反射镜构成；全景环带光学系统则是由全景环带块状单元和后继透镜组成，二者共同组成一体化的全景环带镜头。全景环带光学系统的横向视角一般为360
°
，纵向视场角可以覆盖到水平面以下，获取的环境信息十分丰富。由于全景环带镜头视场角很大，一般的针孔相机模型并不适用。
[0004]因此，本领域亟需开发一种新的全景环带相机的标定手段。

技术实现思路

[0005]基于现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种全景环带相机的标定方法及标定系统，以提高全景环带相机标定的速度和准确率。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种全景环带相机的标定方法，包括以下步骤：
[0008]S1、全景环带相机拍摄不同方向的标定板，采集数张标定图片；
[0009]S2、提取各标定图片中图像的角点；
[0010]S3、对每一张标定图片，设置标定图片的中心点为初始中心点，并利用泰勒相机模型计算得到相机的内参和外参；
[0011]S4、确定初始中心点附近的搜索范围，在搜索范围内均匀取点，将选取的点分别作为当前中心点，利用步骤S3得到的相机的内参和外参，并根据泰勒相机模型计算各当前中心点的重投影误差并进行比较，选取重投影误差最小的当前中心点作为下一次搜索范围的中心点，并重复本步骤，直至满足搜索终止条件，得到目标中心点；
[0012]S5、根据目标中心点，分别计算各标定图片的重投影误差并进行比较，去除重投影误差大于第一目标阈值的标定图片；
[0013]S6、根据目标中心点以及剩余的标定图片，计算各标定图片中所有角点的重投影误差并比较，去除重投影误差大于第二目标阈值的角点；
[0014]S7、根据目标中心点、剩余的标定图片以及剩余的标定图片中的剩余角点，重新计算相机的内参和外参。
[0015]作为优选方案，所述标定板为棋盘格。
[0016]作为优选方案，所述步骤S1中，全景环带相机拍摄过程中，标定板覆盖全景环带相机的所有可见区域。
[0017]作为优选方案，所述相机的内参包括泰勒公式的零次项、二次项、三次项和四次项的系数；
[0018]泰勒公式为：f(u，v)＝a0+a2ρ2+
…
+a
n
ρ
n
[0019]其中，ρ为图片像素点至图片中心点的距离，u是图片像素点与图片中心点的横坐标差值，v是图片像素点与图片中心点的纵坐标差值；a0是泰勒公式的零次项的系数，a2是泰勒公式的二次项的系数，a
n
是泰勒公式n次项的系数。
[0020]作为优选方案，所述相机的外参包括标定板相对于相机坐标系的位置。
[0021]作为优选方案，所述搜索范围的单位为像素，搜索半径为均匀取点的距离。
[0022]作为优选方案，所述搜索终止条件为搜索半径小于N个像素，N为正数。
[0023]作为优选方案，所述N取值为0.01。
[0024]作为优选方案，标定方法，还包括以下步骤：
[0025]S8、输出显示重投影误差以及相机的内参、外参。
[0026]本专利技术还提供一种全景环带相机的标定系统，应用如上任一项方案所述的标定方法，所述标定系统包括：
[0027]采集模块，用于控制全景环带相机拍摄不同方向的标定板，采集数张标定图片；
[0028]提取模块，用于提取各标定图片中图像的角点以及在搜索范围内均匀取点；
[0029]设置模块，用于设置初始中心点以及搜索范围；
[0030]计算模块，用于计算重投影误差以及相机的内参、外参；
[0031]比较模块，用于比较重投影误差的大小；
[0032]去除模块，用于去除标定图片、角点。
[0033]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
[0034](1)本专利技术去除重投影误差较大的图片和图片中重投影误差较大的角点，提高了全景环带相机标定的准确率；
[0035](2)本专利技术根据全景环带相机拍摄图像的特点，设置初始中心点并在初始中心点附近搜索范围内进行迭代求解图像坐标系的中心点，提升了准确率，减小了搜索范围，提高了寻找中心点的速度。
[0036](3)本专利技术可标定单侧20～128
°
，全视场40～256
°
的全景环带相机。
附图说明
[0037]图1是本专利技术实施例的全景环带相机的标定方法的流程图；
[0038]图2是本专利技术实施例的采集的标定图片的重投影误差结果图；
[0039]图3是本专利技术实施例的一张标定图片的所有角点的重投影误差结果图；
[0040]图4是本专利技术实施例的全景环带相机的标定系统的模块图。
[0041]图5是本专利技术实施例的全景环带相机视场角示意图；
[0042]图6是本专利技术实施例的视场角为128
°
的全景环带相机视标定结果：重投影误差；
[0043]图7是本专利技术实施例的视场角为128
°
的全景环带相机视标定结果：f
‑
theta曲线。
具体实施方式
[0044]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0045]如图1所示，本专利技术实施例的全景环带相机的标定方法，包括以下步骤：
[0046](1)采集图片
[0047]使用的标定板为棋盘格，使用全景环带相机拍摄不同方向的标定板，拍摄过程中标定板应尽可能覆盖全景环带相机的所有可见区域，采集得到数张所需的标定图片。
[0048](2)提取角点
[0049]对步骤(1)中采集的各标定图像的角点进行提取。
[0050](3)利用初始值计算内参和外参
[0051]具体地，令初始中心点的像素坐标为(C
x
,C
y
)，标定图片的宽度为W，高度为H，设置C
x
＝W/2,C
y
＝H/2；单位为像素；
[0052]使用的相机模型为泰勒相机模型，获得相机的内参和外参。
[0053]其中，内参包括泰勒公式的零次项、二次项、三次项和四次项的系数，外参包括标定板相对于相机坐标系的位置；
[0054]泰勒公式为：f(u，v)＝a0+a2ρ2+...+a
n...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全景环带相机的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、全景环带相机拍摄不同方向的标定板，采集数张标定图片；S2、提取各标定图片中图像的角点；S3、对每一张标定图片，设置标定图片的中心点为初始中心点，并利用泰勒相机模型计算得到相机的内参和外参；S4、确定初始中心点附近的搜索范围，在搜索范围内均匀取点，将选取的点分别作为当前中心点，利用步骤S3得到的相机的内参和外参，并根据泰勒相机模型计算各当前中心点的重投影误差并进行比较，选取重投影误差最小的当前中心点作为下一次搜索范围的中心点，并重复本步骤，直至满足搜索终止条件，得到目标中心点；S5、根据目标中心点，分别计算各标定图片的重投影误差并进行比较，去除重投影误差大于第一目标阈值的标定图片；S6、根据目标中心点以及剩余的标定图片，计算各标定图片中所有角点的重投影误差并比较，去除重投影误差大于第二目标阈值的角点；S7、根据目标中心点、剩余的标定图片以及剩余的标定图片中的剩余角点，重新计算相机的内参和外参。2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述标定板为棋盘格。3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S1中，全景环带相机拍摄过程中，标定板覆盖全景环带相机的所有可见区域。4.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述相机的内参包括泰勒公式的零次项、二次项、三次项和四次项的系数；泰勒公式为：f(u，v)＝a0+a2ρ2+
…

【专利技术属性】
技术研发人员：王之丰，张可欣，冯逸鹤，
申请(专利权)人：杭州环峻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：