[发明专利]基于圆形目标阵列与观测方程的视觉测量标定方法

权利要求书

1.基于圆形目标阵列与观测方程的视觉测量标定方法，其特征在于:包括实验室标定和现场标定两大步骤；

所述实验室标定步骤中基于拍摄的圆形目标阵列图像求取摄像机的内部参数，所述内部参数包括摄像机的水平尺度因子λ_u，垂直尺度因子λ_v，摄像机拍摄图像中心的横坐标u₀和纵坐标v₀，以及径向畸变系数；

所述现场标定步骤中基于修正误差方程对获得的摄像机外部参数及焦距f的初始值进行修正，求取精确的外部参数和焦距；所述外部参数包括摄像机方位角φ，倾斜角τ，旋转角σ和光心坐标(x_c,y_c,z_c)。

2.根据权利要求1所述的基于圆形目标阵列与观测方程的视觉测量标定方法，其特征在于:所述实验室标定步骤中,具体包括：

(11)用摄像机正直拍摄圆形目标阵列，得到圆形目标阵列的图像；

(12)将圆形目标阵列图像阈值化为二值图像，计算各圆形目标的中心，求出相应的畸变图像坐标；

(13)根据圆形目标阵列的图像坐标和对象空间坐标的关系：和构造包含单应矩阵未知元素的方程组，基于任意四组圆形目标的图像和空间坐标，求得标定系数L1，L2，L4，L5，L6，L8，L9，L10的最小二乘解；其中x，y表示圆形目标阵列中每个目标在空间中的横纵坐标,u，v表示圆形目标阵列中每个目标在图像中的横纵坐标；

(14)根据步骤(13)求得的标定系数，计算圆形目标的无畸变图像的图像坐标估计值，并基于径向畸变模型，求得径向畸变系数；

(15)对畸变图像进行校正，根据校正后的目标点间像素距离与米制距离的比值，求得水平尺度因子和垂直尺度因子。

3.根据权利要求1所述的基于圆形目标阵列与观测方程的视觉测量标定方法，其特征在于:所述现场标定步骤中，具体包括：

(21)获取GCP的世界坐标(x,y)和图像坐标(u,v)，为每对GCP坐标建立如下函数关系：

F(u*,φ,τ,σ,f,xc,yc,zc)=qu*+ofG(v*,φ,τ,σ,f,xc,yc,zc)=qv*+of---(8)]]>

其中，q＝m₃₁Δx+m₃₂Δy+m₃₃Δz，o＝m₁₁Δx+m₁₂Δy+m₁₃Δz，Δx＝x-x_c，Δy＝y-y_c，Δz＝z-z_c，p＝m₂₁Δx+m₂₂Δy+m₂₃Δz，u^*＝(u-u₀)λ_u，v^*＝(v-v₀)λ_v，m_ij为方向余弦，由φ、τ和σ连续旋转推导得到；

(22)将函数F和G按仅剩一阶项的泰勒序列展开得到：

0=F0+∂F∂u*du*+∂F∂φdφ+∂F∂τdτ+∂F∂σdσ+∂F∂fdf+∂F∂xcdxc+∂F∂ycdyc+∂F∂zcdzc0=G0+∂G∂v*dv*+∂G∂φdφ+∂G∂τdτ+∂G∂σdσ+∂G∂fdf+∂G∂xcdxc+∂G∂ycdyc+∂G∂zcdzc---(9)]]>

其中，F₀和G₀为将实验室标定获得的内部参数及现场标定初始观测获得的外部参数和焦距带入式(9)得到的初始近似值，dφ、dτ、dσ、df、dx_c、dy_c、dz_c分别为φ、τ、σ、f、x_c、y_c、z_c的修正值；设偏导数和均等于q,du^*＝Δu及dv^*＝Δv，得到参数的误差修正方程：

Δu-F0q=b11dφ+b12dτ+b13dσ+b14df-b15dxc-b16dyc-b17dzcΔv-G0q=b21dφ+b22dτ+b23dσ+b24df-b25dxc-b26dyc-b27dzc---(10)]]>

其中，b_ij系数表示函数F和G以q为尺度相对于未知数的偏导数；

(23)基于式(10)求得所有参数的初始值的修正量，将求得的修正量加入各参数的初始值得到修正后的近似值，将修正后的值带入式(8)并根据计算结果的绝对值进行判断，若小于设定的阈值，则修正结束，求得各未知参数精确的估计值，否则再次计算修正量进行迭代计算。