[发明专利]一种基于联合优化的多相机系统外参标定方法

说明书

本发明涉及一种基于联合优化的多相机系统外参标定方法，包括：1、利用相邻两个相机的共视区域内的特征点信息得到相邻相机之间的位姿；2、以多相机系统中的其中一个相机为基准相机，以基准相机的坐标系为参考坐标系，以基准相机的位姿为初始位姿，根据相邻相机之间的位姿依次变换得到各相机在参考坐标系的位姿，并且基准相机通过变换得到与初始位姿不同的第二位姿；3、将所有相机在参考坐标系下的位姿加上基准相机的第二位姿通过基于几何域配准的联合优化算法，得到优化后的每个相机的位姿。与现有技术相比，本发明只需要一块标定板即可实现多相机位姿联合估计的优化，不需要固定的标定场地，操作流程简单，极大提升系统的标定精度。

技术领域

本发明涉及摄像机标定技术领域，尤其是涉及一种基于联合优化的多相机系统外参标定方法。

背景技术

理想的标定方案应该具有简单易用、对外部环境依赖性低、标定精确等特点。现有的多相机系统的标定分为两种，一种是基于人工标志物的方法，另一种是基于自然场景标志物的方法。

基于人工标志物的方法需要准备专用标定场地或者操作比较复杂，对操作人员要求较高，不适合于终端个人用户使用；并且现有的标定方案没有考虑到相机系统位姿的联合优化，最后导致在多相机拼接效果上还有可提升空间。基于自然场景标志物的方法，在标定过程中对车辆行驶的环境有很高的要求，环境必须要满足使方法成立的某些前提假设；此外，这类方法的稳定性和鲁棒性较弱；并且该方法也没有充分考虑到多相机系统多相机位姿的联合优化。

综上所述，现有的环视相机系统标定方案会有以下某种或某几种不足之处：1)需要特殊设计、额外预留的标定场地；2)在标定过程中，车辆的运行环境必须满足某些指定的特殊要求；3)没有考虑多相机位姿的联合优化；4)对操作人员要求较高，不适合于普通终端用户。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于联合优化的多相机系统外参标定方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于联合优化的多相机系统外参标定方法，所述多相机系统包括环绕设置的多个相机，相邻两个相机之间存在共视区域，该方法包括以下步骤：

S1、利用相邻两个相机的共视区域内的特征点信息得到相邻相机之间的位姿；

S2、以多相机系统中的其中一个相机为基准相机，以所述基准相机的坐标系为参考坐标系，以基准相机的位姿为初始位姿，根据相邻相机之间的位姿依次变换得到各相机在参考坐标系的位姿，并且基准相机通过变换得到与初始位姿不同的第二位姿；

S3、将所有相机在参考坐标系下的位姿加上基准相机的第二位姿通过基于几何域配准的联合优化算法，得到优化后的每个相机的位姿。

优选的，所述步骤S3中联合优化算法的目标函数为：使相机拍摄空间中的每个3D点在各相机中的投影误差最小；联合优化算法的约束条件为：基准相机的初始位姿与第二位姿重合。

优选的，所述目标函数具体为：

其中，K_i表示第i个相机的内参，N_i表示第i个相机位姿下观测到的3D点的个数，P_j表示空间中的第j个3D点，u_ij表示第j个3D点在第i个相机下的成像，s_ij表示第j个3D点在第i个相机下的深度、ξ_i表示第i个相机的位姿，表示该位姿的反对称矩阵，P^*,ξ^*表示优化后的空间点和相机位姿。

优选的，所述步骤S3中的联合优化算法采用最小二乘法。

优选的，所述步骤S1具体包括：