[发明专利]大尺度无共视相机外参标定方法

说明书

一种大尺度无共视相机外参标定方法，依靠定尺寸标定模块构建目标相机与辅助相机的联系；标定辅助相机与两个目标相机的外部参数；全局优化目标相机的外部参数；仿真实验验证本发明的可行性与精度；实际问题中应用本方法体现本发明的实际应用性。本发明利用辅助相机及定尺寸标定模块，建立大尺度下无公共视野的相机标定模式，实现了低成本、高精度、高柔性的大尺度无共视相机的标定方法，为车身定位等应用提供相机外部参数。

技术领域

本发明涉及的是一种机器视觉领域的技术，具体是一种室内场景视距为2m-5m的无共视相机外参标定方法。

背景技术

大尺度多相机定位系统中，多个工业相机布置在工作场景的各个方位，一般情况下多个相机之间不存在公共视野。同时为保证定位系统的精度，工业相机之间的位姿变换尺度会远大于其视野的尺度。现有大尺度非共视相机外参标定方法主要包括四类，使用高精度的全局测量设备、使用镜面构造共视关系、使用移动机器人、使用大尺度标定杆等方法。

Kitahara I等人在文章“Large-scale virtualized reality”中使用激光跟踪仪和标定板实现VR系统的非公共视野的多相机系统标定；Huang H等人在文章“Calibrationofnon-overlapping cameras based on a mobile robot”中使用带有定位系统的移动机器人建立两个两个非共视相机的之间的约束，通过最小二乘优化得到外部参数。Xu Z等人在文章“Multi-camera global calibration for large-scale measurement based onplane mirror”中使用光学成像几何学理论建立中转坐标系实现多个非共视相机的全局标定。Liu Z等人在文章“A global calibration method for multiple vision sensorsbased on multiple targets”中使用多个标定板实现灵活、易实现、易操作的非共视相机的外部参数标定。

基于激光跟踪仪等大型全局测量仪的方法，在不同场景下需要制作特定的标定物，并且要求标定场景足够空旷。这些使用限制及昂贵的设备使得该方法只被应用在高端制造场景中。使用移动机器人建立非共视的方法，标定全局参数是会引入机器人定位与导航本身的误差，只适用于低精度的大尺度多相机系统中。基于光学成像几何的方法在不一定存在合理的镜面位置建立虚共视关系，因此也限制其使用。利用大尺寸定尺寸标定物的方法在一定程度上实现了非共视相机的外参标定，但是单个定尺寸标定物在大尺度系统中难以构建，同时也因其标定物的尺寸过大出现刚度不足等问题。

发明内容

本发明针对现有技术中单个大尺度标定杆的刚度不足，面对复杂配置难以实现，以及只能用于具备共同视野的相机系统外参标定，无法标定无共视相机外参等问题，提出一种大尺度无共视相机外参标定方法，使用辅助相机建立两个独立的定尺寸标定杆系统，优化全局重投影损失得到全局最优解，在不使用昂贵的全局测量仪的条件下，通过多个定尺标定杆及辅助相机实现大尺度下的非共视相机标定。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种大尺度无共视相机外参标定方法，包括：

步骤一，根据视觉定位系统的具体情况配置两个目标相机的工作区域、视野和景深，通过合理设置目标相机工作空间，使系统在标定后能满足视觉定位系统需求；

步骤二，将定尺寸标定模块中的目标标定板置于目标相机成像最优处的中心，并配置辅助标定板及辅助相机，使得辅助相机能够同时采集到两块辅助标定板；

所述的定尺寸标定模块包括：可调节支架以及设置于其上的两个不同尺寸的棋盘格架，其中：棋盘格架之间的相对关系跟据目标相机与辅助相机的位置调节后固定。

步骤三，移去定尺寸标定模块，使用张正友方法独立标定两个目标相机及辅助相机的内部参数，在使用张正友方法标定内部参数时不受限于定尺寸标定模块，每个相机只需要对应的一块标定板。