[发明专利]一种低成本适用少量重合区域的高精度多RGB-D相机的外参标定方法

说明书

本发明属于计算机视觉三维视觉领域，发明了一种一种低成本适用少量重合区域的高精度多RGB‑D相机的外参标定方法，标定物成本低，适用于RGB‑D相机间仅有少量重合区域的高精度多RGB‑D相机外参标定方法；本发明有使用了正反两面印刷有N个（N大于等于3）位置完全重合的ArUco码图像作为标定物、引入了外部特征点做了二次配准、引入了多帧优化对外部特征点进行误差检测及判断的技术特征；本发明有着标定物成本低、在多RGB‑D相机仅有少量重合区域的情况下效果良好、高精度等优点。

技术领域

本发明主要涉及计算机三维视觉领域，具体为一种低成本适用少量重合区域的高精度多RGB-D相机的外参标定方法。

背景技术

随着计算机视觉技术的发展，基于RGB-D相机的三维计算机视觉应用越来越多，与二维相机相比，RGB-D相机可以直接拍摄出图像的深度信息，尤其是激光雷达拍摄出的深度信息已经非常准确。有了这样的深度信息，现实中使用场景也越来越多，如三维重建、全息捕捉、姿态捕捉、物体识别等。

一旦涉及2个及以上的RGB-D相机联合获取图像数据并对数据进行处理的场景，就需要对RGB-D相机进行外参配准。

RGB-D相机在业界往往使用张正友棋盘格标定法进行外参配准，张正友在1999年发布的论文“Flexible Camera Calibration By Viewing a Plane From UnknownOrientations”，这种方法需要特制绝对的刚体标定物，且对尺寸有严格要求，如张正友棋盘格标定法就需要一块大小占据相机视野范围1/2的绝对刚体棋盘格才能取得较高的精度，但棋盘格尺寸越大成本也会直线上升；故张正友标定法，标定物成本高，并且不适合相机间仅有少量共同视野重合区域的场景，且在现实中由于很难得到绝对刚体的棋盘格，故精度也较低。

在发明专利CN2022104736610中提到了一种方法，可以对RGB-D相机进行外参配准，其描述的纸张制作的标定物进行外参配准的方法，即便没有刚体和视野范围的严格要求，不要求大量视野重合区域，使用方便，材料获取难度低，但由于该方法在外参配准中使用的点云配准算法只提取了3个特征点云，没有进行二次全局配准或校验精度，没有考虑到由于RGB-D相机测量的深度信息会有偶然误差，故该方法精度较低。

为了使RGB-D相机获得高精度的外参结果，往往需要定制特制的立体标定物，如申请号CN2020116264908的发明专利中记载了一种方法，其中使用的特制立体标定物获取难度极大导致的标定物成本高，使用较为繁琐。

因此，需要一种标定物成本低，适用于RGB-D相机间仅有少量重合区域的高精度多RGB-D相机外参标定方法。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提出了一种标定物成本低，适用于RGB-D相机间仅有少量重合区域的高精度多RGB-D相机外参标定方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：

Step1：将制作好的标定物放置在n个（n大于等于2）RGB-D相机的少量重合区域内，该标定物如说明书附图1所示，其正反两面印刷有N个（N大于等于3）ArUco码图像需要使用普通打印机打印在A4纸上；

Step2：n个RGB-D相机分别提取一帧的深度图像和RGB图像，将其分别转换为点云（以下简称PCD）；

Step3：获取n个RGB-D相机的RGB图像，在RGB图像中识别出所有ArUco码，根据N个ArUco的角点计算出RGB图像中的N个中点，将N个中点映射到PCD中作为特征点；

Step4：通过使用点对点 ICP 算法对所有特征点进行初步的配准，计算出相机局部配准外参矩阵 T1； 其中 ICP 算法如下：

给定n个点云的点集如（1）所示：

（1）

其中X表示源点集，P表示目标点集，N表示点集对应的数量；