单应性矩阵确定方法、系统和设备技术方案

本申请公开一种单应性矩阵确定方法、系统和设备。通过获取标定板图像的选定区域内上各个圆形标志点的圆形轮廓，根据各个圆形轮廓确定对应的圆形标志点的半径和圆心坐标，确定为定位圆，根据定位圆的圆心坐标和物点坐标确定单应性矩阵，根据单应性矩阵将标定板的各个物点转换至所述标定板图像对应的像平面，若转换后落入搜索区域的物点个数小于预设数量，将搜索半径更新为Q+ΔQ，根据搜索中心和更新后的搜索半径重新确定选定区域，进入下一次迭代求取新的单应性矩阵，若转换后落入所述搜索区域的物点个数大于或者等于预设数量，则确定标定板图像和像平面之间的单应性矩阵，以提高最终确定的单应性矩阵的准确性。确定的单应性矩阵的准确性。确定的单应性矩阵的准确性。

【技术实现步骤摘要】
单应性矩阵确定方法、系统和设备


[0001]本申请涉及信号处理
，具体涉及一种单应性矩阵确定方法、系统和设备。

技术介绍

[0002]数字化发展是未来发展的趋势，传感器在其中扮演着关键角色。人类约70％的信息通过视觉获得，所以视觉传感器在所有的传感器中又扮演着最为关键的角色。视觉传感器由于其制造和加工的误差，通常需要对其进行标定。目前相机标定多采用棋盘格图案和圆形图案的标定板进行标定。
[0003]目前大部分的软件和开源库都使用棋盘格图案的标定板，使用存在着以下几点问题：
[0004]1.偏转角度过大角点提取容易失败；
[0005]2.图像分辨率过低角点提取容易失败；
[0006]3.角点提取并非采用严格的数学模型进行提取，opencv中采用四边形连接找到最终的角点，matlab采用区域生长找出最终的角点；
[0007]采用圆形图案的标定板通过提取圆心，并对圆心进行相应的排序，和物点坐标进行一一对应，以此确定单应性矩阵，从而完成相机标定。圆形图案标定板在标定过程中更为鲁棒，相较于棋盘格标定板具有一定的优势，其中圆心坐标在像平面和标定板平面的对应关系是较为关键的一步。
[0008]目前针对圆形标志点的排序一是采用直线法进行排序，该方法在标志点个数较多、角度偏转较大的情况下，需要复杂的匹配逻辑，容易出现误匹配，导致确定的单应性矩阵准确性低。

技术实现思路

[0009]鉴于此，本申请提供一种单应性矩阵确定方法、系统和设备，以解决传统容易导致确定的单应性矩阵准确性低的问题。
[0010]本申请一种单应性矩阵确定方法，所述单应性矩阵确定方法包括如下步骤：
[0011]S110，通过相机采集标定板对应的标定板图像，所述标定板上包括多个物点，所述标定板图像包括各个物点对应的圆形标志点；
[0012]S120，获取所述标定板图像的选定区域内上各个圆形标志点的圆形轮廓；
[0013]S130，根据各个所述圆形轮廓确定对应的所述圆形标志点的半径和圆心坐标；
[0014]S140，对所述圆形标志点的半径进行降序排列，将前m个半径所对应的圆形标志点确定为定位圆；
[0015]S150，获取m个所述定位圆在所述标定板对应的物点坐标；
[0016]S160，根据m个所述定位圆的圆心坐标和物点坐标确定单应性矩阵；
[0017]S170，以m个所述定位圆确定的区域中心为搜索中心，搜索半径Q为半径确定搜索区域，根据所述单应性矩阵将所述标定板的各个物点转换至所述标定板图像对应的像平
面，若转换后落入所述搜索区域的物点个数小于预设数量，将所述搜索半径Q更新为Q+ΔQ，根据所述搜索中心和更新后的搜索半径重新确定选定区域，并返回执行步骤S120，若转换后落入所述搜索区域的物点个数大于或者等于预设数量，则将当前的单应性矩阵确定为所述标定板图像和所述像平面之间的单应性矩阵。
[0018]可选地，所述根据各个所述圆形轮廓确定对应的所述圆形标志点的半径和圆心坐标，包括：根据各个所述圆形轮廓采用最小二乘圆拟合的方法确定对应圆形标志点的半径；根据各个所述圆形轮廓采用最小二乘椭圆拟合方法确定对应圆形标志点的圆心。
[0019]可选地，所述根据各个所述圆形轮廓采用最小二乘圆拟合的方法确定对应圆形标志点的半径，包括：构建圆形表达式：(x
‑
O
x
')2+(y
‑
O
y
')2＝R2，其中R表示待求解的半径，(O
x
'，O
y
')表示圆形表达式对应的圆心坐标，(x，y)表示标定板图像对应的像平面上的点；根据所述圆形表达式设置第一参数a、第二参数b和第二参数c；确定各个所述圆形轮廓分别对应的一组待拟合点，构建各组所述待拟合点对应的目标函数：其中F(a,b,c)表示目标函数，(x
i
，y
i
)表示对应一组待拟合点中第i个点的坐标，n表示一组待拟合点中的点个数；计算使所述目标函数取得最小值的第一参数a、第二参数b和第二参数c，根据计算得到的第一参数a、第二参数b和第二参数c确定对应一组所述待拟合点对应的半径R。
[0020]可选地，所述半径R为：
[0021]可选地，所述根据各个所述圆形轮廓采用最小二乘椭圆拟合方法确定对应圆形标志点的圆心，包括：构建椭圆表达式：Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0，其中A、B、C、D、E和F为椭圆参数，(x，y)表示标定板图像对应的像平面上的点；根据各个所述圆形轮廓上的多个点计算对应椭圆的各个椭圆参数；根据各个椭圆参数确定对应椭圆的椭圆中心，将所述椭圆的椭圆中心确定为对应圆形标志的圆心。
[0022]可选地，所述圆形标志的圆心包括：可选地，所述圆形标志的圆心包括：其中，(o
x
，o
y
)表示圆形标志的圆心。
[0023]可选地，所述根据m个所述定位圆的圆心坐标和物点坐标确定单应性矩阵，包括：构建各个定位圆的圆心坐标和对应物点之间的转换关系式；根据所述转换关系式确定各个定位圆的圆心坐标分别对应的元素求解等式；根据四个定位圆分别对应的元素求解等式计算单应性矩阵的矩阵元素值，以此确定所述单应性矩阵。
[0024]可选地，所述转换关系式包括：
[0025][0026][0027]其中，(u v 1)
T
为像平面所在坐标系的齐次表示，(x' y' 1)
T
为标定板平面所在坐标系的齐次表示，H为单应性矩阵，h
11
、h
12
、h
13
、h
21
、h
22
、h
23
、h
31
和h
32
均为单应性矩阵H的矩阵元素。
[0028]本申请还提供一种单应性矩阵确定系统，所述单应性矩阵确定系统包括：
[0029]采集模块，用于通过相机采集标定板对应的标定板图像，所述标定板上包括多个物点，所述标定板图像包括各个物点对应的圆形标志点；
[0030]第一获取模块，用于获取所述标定板图像的选定区域内上各个圆形标志点的圆形轮廓；
[0031]第一确定模块，用于根据各个所述圆形轮廓确定对应的所述圆形标志点的半径和圆心坐标；
[0032]排列模块，用于对所述圆形标志点的半径进行降序排列，将前m个半径所对应的圆形标志点确定为定位圆；
[0033]第二获取模块，用于获取m个所述定位圆在所述标定板对应的物点坐标；
[0034]第二确定模块，用于根据m个所述定位圆的圆心坐标和物点坐标确定单应性矩阵；
[0035]更新模块，用于以m个所述定位圆确定的区域中心为搜索中心，搜索半径Q为半径确定搜索区域，根据所述单应性矩阵将所述标定板的各个物点转换至所述标定板图像对应的像平面，若转换后落入所述搜索区域的物点个数小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单应性矩阵确定方法，其特征在于，所述单应性矩阵确定方法包括如下步骤：S110，通过相机采集标定板对应的标定板图像，所述标定板上包括多个物点，所述标定板图像包括各个物点对应的圆形标志点；S120，获取所述标定板图像的选定区域内上各个圆形标志点的圆形轮廓；S130，根据各个所述圆形轮廓确定对应的所述圆形标志点的半径和圆心坐标；S140，对所述圆形标志点的半径进行降序排列，将前m个半径所对应的圆形标志点确定为定位圆；S150，获取m个所述定位圆在所述标定板对应的物点坐标；S160，根据m个所述定位圆的圆心坐标和物点坐标确定单应性矩阵；S170，以m个所述定位圆确定的区域中心为搜索中心，搜索半径Q为半径确定搜索区域，根据所述单应性矩阵将所述标定板的各个物点转换至所述标定板图像对应的像平面，若转换后落入所述搜索区域的物点个数小于预设数量，将所述搜索半径Q更新为Q+ΔQ，根据所述搜索中心和更新后的搜索半径重新确定选定区域，并返回执行步骤S120，若转换后落入所述搜索区域的物点个数大于或者等于预设数量，则将当前的单应性矩阵确定为所述标定板图像和所述像平面之间的单应性矩阵。2.根据权利要求1所述的单应性矩阵确定方法，其特征在于，所述根据各个所述圆形轮廓确定对应的所述圆形标志点的半径和圆心坐标，包括：根据各个所述圆形轮廓采用最小二乘圆拟合的方法确定对应圆形标志点的半径；根据各个所述圆形轮廓采用最小二乘椭圆拟合方法确定对应圆形标志点的圆心。3.根据权利要求2所述的单应性矩阵确定方法，其特征在于，所述根据各个所述圆形轮廓采用最小二乘圆拟合的方法确定对应圆形标志点的半径，包括：构建圆形表达式：(x
‑
O
x
')2+(y
‑
O
y
')2＝R2，其中R表示待求解的半径，(O
x
'，O
y
')表示圆形表达式对应的圆心坐标，(x，y)表示标定板图像对应的像平面上的点；根据所述圆形表达式设置第一参数a、第二参数b和第二参数c；确定各个所述圆形轮廓分别对应的一组待拟合点，构建各组所述待拟合点对应的目标函数：其中F(a,b,c)表示目标函数，(x
i
，y
i
)表示对应一组待拟合点中第i个点的坐标，n表示一组待拟合点中的点个数；计算使所述目标函数取得最小值的第一参数a、第二参数b和第二参数c，根据计算得到的第一参数a、第二参数b和第二参数c确定对应一组所述待拟合点对应的半径R。4.根据权利要求3所述的单应性矩阵确定方法，其特征在于，所述半径R为：5.根据权利要求2所述的单应性矩阵确定方法，其特征在于，所述根据各个所述圆形轮廓采用最小二乘椭圆拟合方法确定对应圆形标志点的圆心，包括：构建椭圆表达式：Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0，其中A、B、C、D、E和F为椭圆参数，(x，y)表示标定板图像对应的像平面上的点；根据各个所述圆形轮廓上的多个点计算对应椭圆的各...

【专利技术属性】
技术研发人员：于彭，丁浩，
申请(专利权)人：上海炬佑智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：