[发明专利]一种基于相机位置和两个标志点的相机外参数标定方法

说明书

本发明属于相机参数标定技术领域,一种基于相机位置和两个标志点的相机外参数标定方法,本发明在初始状态下的相机坐标系和世界坐标系之间的关系已知，通过几何约束和相机坐标系及世界坐标系的旋转，获取两个点的对应关系，并根据初始时刻相机坐标系和世界坐标系的旋转平移，旋转过程中的旋转角度，最终完成相机外参数标定。本发明适用于可提前获取相机位置的应用场景，如固定的监控相机，外场测量飞行器姿态的凝视相机，或者具有定位设备的相机等。

技术领域：

本发明属于相机参数标定技术领域，具体涉及一种相机外参数标定方法。

背景技术

P3P(perspective-3-point)问题就是利用视场中三个已知标志点及其在相机中的成像位置，求解相机坐标系与世界坐标系的旋转平移关系，即相机外参数。目前P3P算法有很多，这些算法利用内参数已知的相机，可以得到最多4组外参数解，通过第4个标志点及其成像位置，可消除多解问题，得到唯一解。目前的算法中，在求解外参数的同时，如果需要得到唯一解，至少需要4个标志点，而精确标志点的获取与维护需要耗费大量的人力物力，比如野外大风环境下，对飞行器姿态进行测量时，对相机需要提前标定就必须设置多个标志点，而野外大风环境标志点的设立带来严峻挑战。而降至3个标志点进行的相机外参数的标定存在有多解问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相机位置和两个标志点的相机外参数标定方法，实现根据已知的2个标志点和相机位置，对相机进行外参数标定，解决现有技术中相机外参数标定至少需要3个标志点标定且存在多解的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

相机初始坐标系C-X_cY_cZ_c与世界坐标系O-XYZ表示如下，X_C轴与X轴平行且同向，Y_C与Z轴平行且反向，Z_C轴与Y轴平行且同向；P₁、P₂为标志点，p₁、p₂为标志点P₁、P₂在相机中的成像位置，相机位置C(x₀ y₀ z₀)已知，两个标志点P₁(x₁ y₁ z₁)、P₂(x₂ y₂ z₂)已知，则标志点与相机成像位置对应关系为：

步骤1、P₁-p₁-C三点共线的实现

根据初始相机位姿，首先对世界坐标系平移T，T＝[x₀ y₀ z₀]^T，然后绕X轴旋转90°即可使世界坐标系与相机坐标系重合，因此，P₁在相机坐标系下的坐标为

P_1-c＝R_ox·[P₁-T] (2)

其中：

根据成像关系，得到p₁点在相机坐标系下的坐标为

其中，(u₀ v₀)为相机主点；d为像元大小；f为镜头焦距；外标定时，假设内参数已知，因此，上述参数也为已知量；

第一次相机绕Y_C轴按如下角度转动：