[发明专利]一种用于全景泊车系统的摄像头外参标定方法

权利要求书

1.一种用于全景泊车系统的摄像头外参标定方法，其特征在于，包括：

根据车辆的尺寸布置标定场地，确定出理想世界坐标系，并在理想世界坐标系中的指定位置放置参考点，所述指定位置在所述摄像头视野覆盖的公共区域内；

根据角点检测算法计算出参考点在摄像头采集的图像上形成的图像坐标系中的位置；

根据参考点在图像坐标系中的位置，计算出参考点在摄像头汇聚光线投影到传感器平面，传感器将光强度转换成电信号生成的图像上形成的传感器坐标系中的位置；

根据摄像头的内参、参考点在传感器坐标系中的位置和参考点在理想世界坐标系中的位置计算出摄像头的理想外参；

计算出车辆相对于理想世界坐标系的旋转偏差和平移偏差；

根据旋转偏差和平移偏差重新计算出参考点在相对于车辆实际位置所决定的世界坐标系中的位置；

根据摄像头的内参、参考点在传感器坐标系中的位置和参考点在相对于车辆实际位置所决定的世界坐标系中的位置计算出摄像头的实际外参。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据车辆的尺寸布置标定场地，确定出理想世界坐标系，并在理想世界坐标系中的指定位置放置参考点具体为：

根据车辆尺寸在地面上画出一个矩形区域，作为车辆所在位置的标定场地；

以矩形的纵向中轴线作为理想世界坐标系的X轴，X轴的指向为车辆理想停放在矩形区域时的车辆正前方；

以矩形的横向中轴线作为理想世界坐标系的Y轴，Y轴的指向为车辆理想停放在矩形区域时的车辆左侧；

理想世界坐标系的Z轴垂直地平面向上；

以X轴、Y轴和Z轴的交点作为世界坐标系的原点O；

放置参考点，使每个摄像头都能看到四个参考点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据参考点在图像坐标系中的位置计算出参考点在传感器坐标系中的位置具体为：

根据关系式：

计算出图像坐标系中的一参考点u′＝[u′,v′]^T在传感器坐标系中对应的位置u＝[u,v]^T；

其中：图像坐标系(u′,v′)以像素为单位，原点在图像的左上角；传感器坐标系(u,v)的原点在摄像头光轴与传感器平面的交点上；c、d、e表示由于摄像头光轴与传感器平面不垂直产生的仿射变换参数；x_c和y_c表示摄像头光轴与传感器平面实际交点相对于图像坐标系原点的偏移量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据摄像头的内参、参考点在传感器坐标系中的位置和参考点在理想世界坐标系中的位置计算出摄像头的理想外参具体为：

通过建立成像函数g建立传感器坐标系中的一参考点u＝[u,v]^T与其相应成像点P之间的关系：

λg(u)＝λp,λ>0；(2)

其中，p为摄像头光心指向点P的向量，λ为常数；

成像函数g的表达式为：

g(u,v)＝[u,v,f(u,v)]^T；(3)

其中，f(u,v)＝α₀+α₁ρ+α₂ρ²+…+α_Nρ^N，N＝4，α₀、α₁、α₂、α₃、α₄、x_c、y_c、c、d、e为摄像头的内参；

假设摄像机坐标系O_cX_cY_cZ_c的原点O_c在摄像头光心，X_c、Y_c轴与传感器坐标系同向平行，Z_c轴指向传感器平面，理想世界坐标系选取地平面作为O_wX_wY_w平面，Z_w轴垂直向上，则空间中摄像头拍摄的一参考点P在理想世界坐标系中的坐标为P_w＝[X_w,Y_w,Z_w]^T，在摄像机坐标系中表示成P_c＝[X_c,Y_c,Z_c]^T，且：

P_c＝R·P_w+T；(4)

其中，为旋转矩阵，为平移矩阵；

根据每一个参考点的理想世界坐标和传感器坐标之间的关系建立方程：

将建立的方程(5)两端叉乘该参考点在传感器平面上的投影坐标[u,v,f(ρ)]^T得到：

根据方程(6)得出一个参考点的三方程：

v·(r₃₁X_w+r₃₂Y_w+t₃)-f(ρ)·(r₂₁X_w+r₂₂Y_w+t₂)＝0；(7)

f(ρ)·(r₁₁X_w+r₁₂Y_w+t₁)-u·(r₃₁X_w+r₃₂Y_w+t₃)＝0；(8)

u·(r₂₁X_w+r₂₂Y_w+t₂)-v·(r₁₁X_w+r₁₂Y_w+t₁)＝0；(9)

采用上述方法得出摄像头拍摄到的其余三个参考点的方程，根据参考点的方程联立得出摄像头的理想外参。