[发明专利]一种无人水面艇的视觉系统在线标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人水面艇视觉系统技术，具体涉及无人水面艇视觉系统的在线标定方法，适用于安装在无人艇上的视觉导航或监控系统中所用摄像机内外参数的在线标定，也可用于无人车和无人机视觉系统。

背景技术

视觉导航在地面无人车和空中无人机中已有成功的应用，近年来人们试图将该技术应用于水面无人艇的导航，但陆上标定好的视觉系统经无人艇的运输、吊装、布放或风浪引起的颠簸，标定参数会发生变化；视觉系统受水面反光的影响，实际工作环境与陆上标定环境不同，标定参数也存在偏差；因此，人们希望能够对视觉系统进行在线标定。

针对视觉系统的在线标定问题，Fitzgibbon等人提出一种基于相同型号摄像机内参数先验概率分布的在线标定方法(Online camera calibration，United States Patent，US7671891B2，2010)，但这种方法需要对相同型号的较多摄像机进行标定，求得内参数的先验概率分布，这难以做到准确；特别是对于需要变焦的视觉系统，求先验概率分布的工作量很大，不便于实现。

因此，本领域希望有更简捷实用的视觉系统在线标定方法。

发明内容

本发明针对现有视觉系统的在线标定方法所存在的工作量大以及准确度不高等问题，而提供一种无人水面艇的视觉系统在线标定方法。该方法不需通过统计方法求取摄像机内参数的先验概率分布，当视觉系统在实际条件下工作时，能够对摄像机的内外参数进行在线标定。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种无人水面艇的视觉系统在线标定方法，该方法的步骤如下：

(1)将视觉系统采集的图像分为视觉重建区和系统标定区，所述视觉重建区内的图像用于视觉计算，所述系统标定区内的图像用于在线标定；

(2)在无人水面艇上相应位置固设有至少一个小标定物，使得在视觉系统采集的图像上小标定物的图像位于并尽可能占满系统标定区；

(3)进行在线标定之前，首先在另一船艇上设置一个大标定物，使得当载有所述大标定物的船艇在视觉系统的观测范围内运动时，视觉系统所拍摄大标定物图像位于视觉重建区；接着分别利用大小标定物的图像对视觉系统进行离线标定，得出两组标定参数；再者经过多次离线标定，建立两组标定参数之间的变换关系；

(4)视觉系统实际运行时，利用视觉重建区内的图像进行视觉计算，同时，利用小标定物图像对系统进行标定，得出一组标定结果；根据离线标定时建立的所述两组标定参数间变换关系，对标定结果进行修正，得出对应于大标定物的等效标定结果，并以此更新视觉系统的标定参数，完成在线标定。

在本发明的优选实例中，所述步骤(1)采集的一帧图像下部中间一个小区域为系统标定区，其高度和宽度约分别为一帧图像的四分之一，无人艇上固定设置的小标定物成像在系统标定区内；一帧图像中除所述系统标定区外的部分为视觉重建区，无人艇周围的水面场景成像在视觉重建区内。

进一步的，所述步骤(3)中大标定物的结构为现有摄像机标定技术所采用的标定物结构，选择大标定物的尺寸，使得当载有所述大标定物的船艇在视觉系统的观测范围内运动时，位于视觉重建区内的大标定物图像上相邻两个特征点的距离不小于一个设定值，以便于特征点的提取。

根据上述技术方案得到的本发明通过大小两个标定物进行离线标定，根据离线标定时建立的两组标定参数间变换关系，对标定结果进行修正，得出对应于大标定物的等效标定结果，并以此更新视觉系统的标定参数，完成在线标定。这样避免通过统计方法求取摄像机内参数的先验概率分布，大大降低工作量；本发明当视觉系统在实际条件下工作时，能够对摄像机的内外参数进行在线标定，有效保证准确度。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的原理图。

图2为本发明中视觉系统实际工作时采集的一帧图像的示意图。

图3为本发明一种实施方案中小标定物的结构示意图。

图4为本发明中视觉系统进行离线标定时采集的一帧图像的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明为了避免现有视觉系统在线标定方法工作量大和准确度不高等问题，其所提供的方法是首先将视觉系统采集的图像分为视觉重建区和系统标定区；