[发明专利]基于线光场的汽车检测无公共视场相机全局标定方法与系统

权利要求书

1.一种基于线光场的汽车检测无公共视场相机全局标定方法，其特征在于，所述的基于线光场的汽车检测无公共视场相机全局标定方法的具体步骤如下：

第一步：基于线光场的汽车检测无公共视场相机全局标定的图像采集和解算从圆柱靶标(8)到第一摄像机(3)及第二摄像机(5)坐标系转换的单应矩阵：

将第一摄像机支架(4)、第二摄像机支架(6)放置在地面上，第一摄像机(3)和第二摄像机(5)分别固定第一摄像机支架(4)、第二摄像机支架(6)上，根据汽车检测对大检测范围的需要，第一摄像机(3)和第二摄像机(5)无公共视场，激光器安装块支架(2)放置在地面上，激光器安装块(1)固定在激光器安装块支架(2)上，一组线激光器(7)固定在激光器安装块(1)上，将圆柱靶标(8)移入第一摄像机(3)视场范围内，第一摄像机(3)采集一幅包括圆柱靶标(8)图像用于标定第一摄像机(3)，打开所有线激光器(7)，第一摄像机(3)继续采集一幅包括圆柱靶标(8)以及线激光器(7)发出的激光线与圆柱靶标(8)表面相交的投影激光线的图像，移动圆柱靶标(8)，第一摄像机(3)继续采集j(j＝1，2，…n)幅图像；将圆柱靶标(8)移入第二摄像机(5)视场范围内，第二摄像机(5)采集一幅包括圆柱靶标(8)以及线激光器(7)发出的激光线与圆柱靶标(8)表面相交的投影激光线的图像，移动圆柱靶标(8) ，第二摄像机(5)继续采集j(j＝1，2...n)幅图像；关闭所有线激光器(7)，第二摄像机(5)继续采集一幅包括圆柱靶标(8)图像用于标定第二摄像机(5)；

圆柱靶标(8)坐标系与第一摄像机(3)获取的图像坐标系的转换关系为

P_T1，I1Y_T1，k＝sy_T1，k

利用RANSAC点提取算法和DLT标定方法可求得投影矩阵P_T1，I1＝A_T1，I1[R_T1，I1 t_T1，I1]，A_T1，I1是第一摄像机(3)的内参数，R_T1，I1，t_T1，I1是根据QR分解获得的第一摄像机(3)的外参数，y_T1，k为圆柱靶标(8)特征点Y_T1，k在第一摄像机(3)获取的图像下的图像坐标，j表示圆柱靶标(8)上的第k个特征点，由旋转矩阵R_T1，I1和平移向量t_T1，I1可求得圆柱靶标(8)在第一摄像机(3)视场下的坐标系与第一摄像机(3)坐标系转换的单应矩阵为

圆柱靶标(8)坐标系与第二摄像机(5)获取的图像坐标系的转换关系为

P_T2，I2Y_T2，k＝sy_T2，k

利用RANSAC点提取算法和DLT的标定方法可求得投影矩阵P_T2，I2＝A_T2，I2[R_T2，I2 t_T2，I2]，A_T2，I2是第二摄像机(5)的内参数，R_T2，I2，t_T2，I2是根据QR分解获得的第二摄像机(5)的外参数，y_T2，k为圆柱靶标(8)特征点Y_T2，k在第二摄像机(5)获取的图像下的图像坐标，由旋转矩阵R_T2，I2和平移向量t_T2，I2可求得圆柱靶标(8)在第二摄像机(5)视场下的坐标系与第二摄像机(5)坐标系转换的单应矩阵为

第二步：当打开线激光器(7)且圆柱靶标(8)在第一摄像机(3)视场内时，根据第一摄像机(3)采集的j幅图像，解算激光线在第一摄像机(3)坐标系下的Plücker坐标：

根据圆柱靶标(8)坐标系与第一摄像机(3)获取的图像坐标系的转换关系

P_T1，I1A_Li，j＝sa_Li，j

以及点在圆柱靶标(8)上的条件

[A_Li，j(1)]²+[A_Li，j(2)]²＝r²

可以求得A_Li，j＝[A_Li，j(1) A_Li，j(2) A_Li，j(3) 1]^T，其中A_Li，j为圆柱靶标(8)与线激光器(7)发出的激光线相交而成的激光特征点在圆柱靶标(8)坐标系下的坐标，a_Li，j为激光特征点A_Li，j第一摄像机(3)获取的图像下的图像坐标，i(i＝1，2，…m)表示有i条激光线，j(j＝1，2，…n)表示第i条激光线是由j个特征点构成的，r为圆柱靶标(8)的半径；

再利用第一步中求得单应矩阵K_T1，C1，可求得激光特征点激光特征点在第一摄像机(3)坐标系下的坐标为

选取激光特征点计算激光线L^a_i初始参数值：

令由已知空间直线L^a_i初始参数值以及点到直线距离最短对空间直线L^a_i进行最小二乘化法优化，优化函数如下：

获得空间直线L^a_i优化参数值a_i，1，a_i，2，a_i，3，a_i，4，a_i，5，a_i，6，并表示为在第一摄像机(3)坐标系下的Plücker坐标：

第三步：当打开线激光器(7)且圆柱靶标(8)在第二摄像机(5)视场内时，根据第二摄像机(5)采集的j幅图像，解算激光线在第二摄像机(5)坐标系下的Plücker坐标：

根据圆柱靶标(8)坐标系与第二摄像机5获取的图像坐标系的转换关系

P_T2，I2B_Li，j＝sb_Li，j

以及点在圆柱靶标(8)上的条件

[B_Li，j(1)]²+[B_Li，j(2)]²＝r²

可以求得B_Li，j＝[B_Li，j(1) B_Li，j(2) B_Li，j(3) 1]^T，其中B_Li，j为圆柱靶标(8)与线激光器(7)发出的激光线相交而成的激光特征点在圆柱靶标(8)坐标系下的坐标，b_Li，j为激光特征点B_Li，j第二摄像机(5)获取的图像下的图像坐标，i(i＝1，2，…m)表示有i条激光线，j(j＝1，2，…n)表示第i条激光线是由j个特征点构成的，r为圆柱靶标(8)的半径；

再利用第一步中求得单应矩阵K_T2，C2，可求得激光特征点激光特征点在第二摄像机(5)坐标系下的坐标为

选取激光特征点计算激光线L^b_i初始参数值：

令由已知空间直线L^b_i初始参数值以及点到直线距离最短对空间直线L^a_i进行最小二乘化法优化，优化函数如下：

获得空间直线L^b_i优化参数值b_i，1，b_i，2，b_i，3，b_i，4，b_i，5，b_i，6，并表示为在第二摄像机(5)坐标系下的Plücker坐标：

第四步：第一摄像机(3)坐标系与第二摄像机(5)坐标系转换矩阵的解算：

根据激光线L^a_i，L^b_i的Plücker坐标为反对称矩阵，可分解为

L^a_i＝U_a，iBU_a，i^T

其中由于L^a_i，L^b_i分别为同一条激光线在第一摄像机(3)与第二摄像机(5)坐标系下的Plücker坐标，故有

K_C1C2，i为第二摄像机(5)到第一摄像机(3)坐标系之间的单应矩阵

K_C1C2，i＝U_a，iU_b，i^-1。

2.按照权利要求1所述的基于线光场的汽车检测无公共视场相机全局标定方法的标定系统，包括有激光器安装块(1)、激光器安装块支架(2)、第一摄像机(3)、第一摄像机支架(4)、第二摄像机(5)、第二摄像机支架(6)、线激光器(7)与圆柱靶标(8)；

激光器安装块支架(2)、第一摄像机支架(4)、第二摄像机支架(6)与圆柱靶标(8)放置在地面上，第一摄像机(3)和第二摄像机(5)通过底部的螺纹孔分别与第一摄像机支架(4)和第二摄像机支架(6)顶部的螺栓螺纹固定连接，第一摄像机(3)和第二摄像机(5)无公共视场，激光器安装块(1)与激光器安装块支架(2)顶部的螺栓螺纹固定连接，其特征在于，一组线激光器(7)插入激光器安装块(1)的一组通孔中，紧定螺钉旋入激光器安装块(1)顶部的螺纹孔，紧定螺钉端部与线激光器(7)圆柱面接触紧配合。