[发明专利]一种镜头相背双相机相对方位标定装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉应用领域多摄像机3D建模应用中的相互方位标定问题，特别涉及一种镜头相背双相机相对方位标定装置与方法。

背景技术

多相机系统可广泛应用于3D建模、3D测量等计算机视觉领域。在多相机系统中，目标表面上的点3D信息是通过摄像机得到的2D图像对应的像素点来建立的，其中会用到摄像机模型。在3D建模应用中，摄像机模型的内部参数(焦距、特征比和畸变因子等等)用某种方法事先标定；外部参数，即相机到测量目标的相对旋转和位移，可由内部参数及识别目标的特征点，利用摄像机模型计算确定。文献“Zhang Z.Aflexible new technique for camera calibration。IEEE Transaction on Pattem Analysis and Machine Intelligence，2000，22(11)：1330-1334.，”是近年来使用最多的摄像机标定方法之一。多相机系统应用的关键是确定多相机之间的方位关系，即多相机之间相对旋转和位移，这样才能将多相机获得的目标点的三维信息统一到统一坐标系下进行3D建模。多相机位置关系计算最简单莫过于双目视觉，由于两个相机的摆放位置相同，可以看见同一标靶，较为容易；而镜头方向相背相机的相互姿态标定难度较大，需要制作特定的装置。

由于两相机的朝向相反，无法用同一标靶来标定其相对方位，最容易想到的传统方法就是设计两块安装于托架13上，相对位移和旋转已知的标靶12，使得每个相机可以各自看见其中的一块，由此两块标靶的相对位置关系，计算镜头相背双相机11的两个相背相机的位移和旋转，如图1所示。但这样的精密标定装置由于尺寸较大，不易加工，用料也很讲究，必须是长期使用不易变形的特种材料，这将大大提高加工工艺的难度和加工成本。另外，这样的装置对标定范围有一定限制，不同范围需要不同尺度的标定装置；其次，运输不便，这将大大限制应用的灵活性，在实际中难以应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计一种加工简单，使用灵活且满足一定精度要求的镜头相背双相机方位标定装置及相应的计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种镜头相背双相机方位标定装置，包括：相隔一定距离置放的第一标定立柱和第二标定立柱，所述第一标定立柱上装设有第一辅助相机和位于所述第一辅助相机下方的第一单面标靶，所述第二标定立柱上装设有第二辅助相机和位于所述第二辅助相机下方的第二单面标靶；及可移除地设置于所述第一标定立柱和第二标定立柱中间的双面辅助标靶。

进一步地，所述双面辅助标靶的第一标靶面和第二标靶面上设有靶面图案，两个所述标靶面的靶面图案外形一致，位置对应。

进一步地，所述靶面图案为5行5列的圆形阵列。

为了解决上述问题，本发明还提供了上述镜头相背双相机方位标定装置的一种标定方法，包括以下步骤：(1)相隔一定距离摆放所述第一标定立柱和第二标定立柱，固定所述第二单面标靶于第一辅助相机的中心视野区域，固定所述第一单面标靶于第二辅助相机的中心视野区域；(2)启动所述第一辅助相机拍摄读取第二单面标靶相对第一辅助相机的位置信息，启动所述第二辅助相机拍摄读取所述第一单面标靶相对第二辅助相机的位置信息；(3)置所述双面辅助标靶于第一标定立柱和第二标定立柱中间，调整双面辅助标靶位置，使所述双面辅助标靶的第一标靶面位于所述第一辅助相机的中央视野区域，所述双面辅助标靶的第二标靶面位于所述第二辅助相机的中央视野区域；(4)启动第一辅助相机拍摄读取所述第一标靶面相对第一辅助相机的位置信息，启动第二辅助相机拍摄读取所述第二标靶面相对第二辅助相机的位置信息，通过预定计算，标定所述第一辅助相机和第二辅助相机的相对旋转和位移；(5)换置待标定的镜头相背双相机于所述第一标定立柱和第二标定立柱中间，启动所述镜头相背双相机的第一相机拍摄读取所述第一单面标靶相对第一相机的位置信息，启动所述镜头相背双相机的第二相机拍摄读取所述第二单面标靶相对第二相机的位置信息，通过预定计算，标定所述第一相机和第二相机的相对旋转和位移。

进一步地，所述步骤(4)包括：A)设置双面辅助标靶的第一标靶面和第二标靶面上的标靶图案，使两个标靶面的靶面图案对应，位置信息能通过预定计算相连；B)启动第一辅助相机拍摄读取所述第一标靶面相对第一辅助相机的位置信息，启动第二辅助相机拍摄读取所述第二标靶面相对第二辅助相机的位置信息；C)以所述双面辅助标靶的两个标靶面的相对位置信息、两个标靶面相对两个辅助相机的位置信息为连接因素进行预定计算，标定所述第一辅助相机和第二辅助相机的相对旋转和位移。