[发明专利]一种利用空间区域分割优化相机标定的方法

权利要求书

1.一种利用空间区域分割优化相机标定的方法，其特征是为红外双目相机的标定配置三维坐标仪，将红外定位小球布置在三维坐标仪探头末端，使红外定位小球在红外双目相机的拍摄范围内移动，由三维坐标仪记录红外定位小球的世界坐标，红外双目相机记录红外定位小球的像素坐标，通过畸变修正来优化相机标定，包括以下步骤：

1)确定标定空间边界，并进行晶格划分：

设标定空间为一正方体空间，将标定空间沿相机摄影方向进行等距分层为标定层，三维坐标仪驱使红外定位小球在标定层逐层移动，在每一层中红外定位小球分别向上下左右移动，在相机的像素坐标系下，以像素坐标原点为标定层的一个角点，结合图片的分辨率大小，由红外定位小球的像素坐标判断是否运动到标定层的边界，并由边界确定标定层的四个角点，计算得到标定层角点的世界坐标，由每一层标定层的角点世界坐标确定标定空间的世界坐标，对三维的标定空间进行晶格划分，对于位于标定空间边缘的晶格，二次晶格划分得到子晶格；

2)计算红外双目相机投影矩阵M；

3)根据划分的晶格，优化投影矩阵：

对每个晶格赋予id号k，对于每个晶格，像素坐标系与相机坐标系的计算公式为：

(x′，y′，z′，1)^T＝M(u_l，r_l，1)^T

此时一定存在一个转换矩阵Q_k，使得

(x_kN，y_kN，z_kN)^T＝Q_k(x_kN′，y_kN′，z_kN′)^T

M_k＝Q_k·M

其中，(u_l，v_l)表示在左相机下的二维平面坐标，x′，y′，z′是根据投影矩阵M计算出来的相机三维坐标，x_kN′，y_kN′，z_kN′表示根据投影矩阵M计算出来的八个晶格角点的坐标，k为每个晶格的id号，x_kN，y_kN，z_kN是晶格id为k的晶格八个角点的实际世界坐标，其中1≤N≤8，M_k即为一次优化投影矩阵；

4)计算边缘区域优化投影矩阵：

根据红外定位小球的世界坐标判断是否运动到标定空间的边缘区域，晶格id为k的晶格划分的子晶格标号为j，计算子晶格的优化投影矩阵M_kj：

(x″，y″，z″，1)^T＝M_k(u_l，v_l，1)^T

此时一定存在一个转换矩阵Q_k′

(x_kjN，y_kjN，z_kjN)^T＝Q_k′(x_kjN″，y_kjN″，z_kjN″)^T

M_kj＝Q_k′·M_k

x″，y″，z″是像素点根据一次优化投影矩阵计算出来的相机坐标系坐标，j为子晶格编号，x_kjN″，y_kjN″，z_kjN″是根据投影矩阵M_k计算出来的八个晶格角点的坐标，x_kjN，y_kjN，z_kjN是晶格id为k，子晶格编号为j的晶格的八个角点的世界坐标，M_kj即为二次优化投影矩阵，也即边缘区域优化投影矩阵；

5)红外双目相机完成标定优化，对于获取的图像坐标，判断坐标所处晶格及是否处于子晶格，根据一次优化投影矩阵M_k和二次优化投影矩阵M_kj，计算得到其世界坐标。

2.根据权利要求1所述的一种利用空间区域分割优化相机标定的方法，其特征是子晶格划分时，一个晶格划分为8个子晶格。

3.根据权利要求1所述的一种利用空间区域分割优化相机标定的方法，其特征是标定空间即为红外双目相机的监控空间，步骤5)中，红外双目相机获取待测点的左相机和右相机的图像坐标，由左相机或右相机求解得到待测点的相机坐标系三维坐标(x_i，y_i，z_i)，判断(x_i，y_i，z_i)所在晶格id并获取对应的晶格矩阵M_k，计算得到其世界坐标(x_world，y_world，z_world)；如果(x_i，y_i，z_i)位于边缘区域的晶格，则进一步判断所在子晶格编号，获取对应的优化投影矩阵M_kj，计算得到其世界坐标。