[发明专利]标定相机内参数和畸变系数的立体编码靶标及其标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及相机标定技术领域，具体是一种标定相机内参数和畸变系数的立体编码靶标及其标定方法。

背景技术

摄影测量技术广泛应用于现代生活和工业测量中，相机标定技术是摄影测量技术的关键一步，标定质量的好坏直接关系到测量结果的可靠程度。根据测量对象的特点，选用的相机性能、个数以及相机阵列的排列方式。目前，对于大尺寸对象面型重构和立体对象的三维建模成为主要热点问题，提高标定结果的精度、简化标定过程成为多相机标定问题的关键技术。现有的标定靶标主要可分为：平面标定板、一维标定物、立体标定块和其他一些特殊结构的靶标。

相比其他方法，经典的张正友平面棋盘格标定板制备简单、标定精度高。后人根据张正友标定方法设计出一些经典标定工具箱和标定函数使得该方法得到广泛运用。张正友的标定方法需要拍摄多次不同姿态的标准平面棋盘格图像(至少3张)，根据图像之间以及图像和标定板上对应点坐标的关系即可算出相机的参数。

赵子建等人使用一维标定杆标定多相机系统，由于不存在遮挡问题，标定环绕排列的相机阵列时，可以从多个角度拍摄到标定杆。特征点个数较少，标定过程相对简便，需多次摆放标定杆的位置拍摄不同姿态的图像用于计算相机参数。

常见的立体标定块为六面体，六面体通常只有三个面可用于标定，各个面之间夹角较大使得检测表面的特征图案算法较为复杂，相机位置和三个面之间的关系也会影响标定结果，当立体块为有很多标定面的多面体时，多个面不易于区分，一些区分多面体不同面的算法较为复杂处理速度较慢。

何涛等人设计的专利申请号为201510318656.2的立体靶标，标定过程中需拍摄多幅立体靶标图像，该方法每个面上有四个圆形特征图案，需对每个特征点进行编码、解码匹配；娄小平等人设计的专利申请号为201110064822.2的立体靶标需结合三维扫描仪使用，拍摄不同姿态下立体靶标图案来实现对物体的定位跟踪；马旭等人设计的专利申请号为201410819869.9的立体靶标，需移动靶标拍摄多幅图案；李新德等人设计的申请号为201010228603.9的立体靶标包含两个不共面的靶面，使用角点作为待提取的特征点，当相机在离焦情况下拍摄图片，角点提取过程较为困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种标定相机内参数和畸变系数的立体编码靶标及其标定方法，以解决现有技术由于对焦不准引起图像上特征角点提取不准确带来的误差影响的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

标定相机内参数和畸变系数的立体编码靶标，其特征在于：由四个平板构成，四个平板以相同颜色为背景，每个平板的背景上分别分布有按等间距行列排列的多个标准圆形特征图案，四个平板上圆形特征图案面积相等且颜色或灰度相同，四个平板拼接为两行两列的一个整体，在该整体中四个平板互不共面，每个平板与相邻平板之间成一定角度，在行向上相邻的两个平板之间连接处分别有四边形编码图案，该四边形编码图案面积大于圆形特征图案面积，且该四边形编码图案与圆形特征图案颜色或灰度相同，每个平板的背景颜色与圆形特征图案、四边形编码图案的颜色或灰度有明显区别。

一种相机内参数和畸变系数的标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、放置所述立体编码靶标在相机视场内合适位置，尽量使所述立体编码靶标充满整个视场且上述圆形特征图案和四边形编码图案都在视场内，拍摄一幅图像；

(2)、对拍摄到的图像进行二值化，找出图像中的圆形特征图案和四边形编码图案两部分，同时滤除面积较小的干扰点；

(3)、使用质心算法分别求出每一个圆形特征图案质心和四边形编码图案质心的像素坐标，利用四边形编码图案质心的像素坐标给上述四个平板编码，把所述圆形特征图案质心按所在平板不同分为四组，使得同一平板上的圆形特征图案在同一个集合内；

(4)、对每个平板内的圆形特征图案质心按照相同的排序方法进行排序，使得不同平板内处于圆形特征图案阵列相同位置的圆形特征图案序号相同；

(5)、输入排序完成后的四个平板上圆形特征图案质心的像素坐标集合，并根据圆形特征图案的物理空间位置得到与之对应的四个平板上圆形特征图案质心的物理坐标，以图像中圆形特征图案质心的像素坐标作为标定中的图像坐标，用圆形特征图案质心的像素坐标和物理坐标两组数据进行相机标定，计算得到相机的内参数和畸变系数，即相机坐标系到像平面坐标系的变换矩阵和校正图像畸变公式中的参数。