[发明专利]一种利用空间区域分割优化相机标定的方法

说明书

一种利用空间区域分割优化相机标定的方法，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，通过对不同空间区域的不同晶格划分，对不同区域分布优化投影矩阵，实现畸变修正，实现相机标定的优化。本发明对工程上在相机标定过程中产生的精度低、边缘畸变大的问题提出了一种优化方法，通过不同空间区域的不同晶格划分，利用空间区域分割优化相机的方法，减少红外双目相机边缘畸变所带来的误差，平均误差控制在0.1mm以内，有利于高精度要求的使用场合。

技术领域

本发明属于相机标定技术领域，涉及计算机视觉中的三维重建，为一种利用空间区域分割优化相机标定的方法。

背景技术

随着机器视觉的不断发展，计算机视觉在人们的生活中发挥着日趋重要的作用，特别是在医学实践中，精细化、高精度的光学测量技术就显现的尤为重要，而高精度测量领域最常使用的方法就是双目视觉法，最为代表就是加拿大NDI公司的Polaris和Certus系列产品。近些年国内也涌现许多这样的产品，但是在产品的精确度以及稳定性上和国外的产品还是有一定的差距。

计算机视觉主要是通过数字图像技术获取二值图像的信息，相机的标定是其中重要的组成部分，相机的标定就是获取相机的内参和外参，内参是获取相机的焦距以及分辨率，外参是获取世界坐标系和相机坐标系下的转移矩阵，相机的标定直接影响了三维重建以及手术治疗中的精度。畸变的修正是相机标定中的关键，常见的畸变有径向畸变和切向畸变，Tsai,张正友都提出过修正相机镜头畸变的标定方法。

现在常见的相机标定大多采用张正友算法，通过标定板采集多张图像，进而推算出相机的畸变参数。虽然这种方法很方便，但是通过实际场景的检验发现，这种方法很难保证由于相机畸变造成的边缘测算精度，测算距离与实际距离的误差在0.1mm左右，很难满足临床手术中精准定位需求。

发明内容

本发明要解决的问题是：在相机标定获取相机的内外参之后，在获取视场中特征点的世界坐标时，由于相机畸变、图像失真仍会造成一些定位误差，对此提出一种利用空间区域分割优化相机标定的方法。

本发明的技术方案为：一种利用空间区域分割优化相机标定的方法，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