[发明专利]一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法

摘要

本发明公开了一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法，属于视觉测量技术领域。其在不对成像系统结构进行任何操作的情况下，利用多次采集的真实标定靶标图像进行内部参数标定，确定摄像机内部参数，包括主点坐标、畸变系数及有效焦距；再对单幅标定靶标图像以主点所在轴线为中心线进行镜像对称翻转，以翻转前后的两幅图像中同一侧的标定靶标为世界坐标系建系基准进行系统结构参数标定，计算镜像双目结构的旋转矩阵及平移向量，完成系统结构参数的标定工作。本发明在标定过程不对摄像机及反射镜结构进行任何操作，仅需对所采集图像本身进行处理即可获得高精度系统参数，是对现有技术的一种重要改进。

主权项

1.一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取单摄像机的内部参数，具体方式为：1.1确定标定靶标，所述标定靶标的外部尺寸小于待标定的视觉系统视场，所述标定靶标的表面印有二维平面圆点阵列或黑白相间的棋盘格方块，所述标定靶标的有效特征点为圆点中心或方块顶点，所述标定靶标的特征点数量大于2×2个，相邻特征点间距≥3mm，特征点间距误差小于0.003mm；1.2将标定靶标摆放在单摄像机镜像双目视觉系统的视场范围之内，拍摄一幅图像并存储，记为内部参数标定图像；然后自由调整标定靶标位置，同时保证标定靶标本体及其镜像均在摄像机视场之内，再次拍摄图像并存储；以这样的方式，获取6张以上不同位置拍摄的内部参数标定图像，每幅图像中均包含标定靶标本体成像及其镜像成像；1.3对于采集的内部参数标定图像，仅对所有本体成像的特征点进行图像坐标提取，并与基于标定靶标本体建立的世界坐标系下的特征点三维坐标一一对应，根据摄像机透视投影模型及成像畸变模型，计算摄像机内部参数，所述摄像机内部参数包括图像主点坐标、畸变系数及有效焦距；2)对系统结构参数标定图像做镜像变换，具体方式为：2.1选取步骤1.2中获取的任意一张内部参数标定图像或按照步骤1.2中陈述的规则再拍摄一张标定靶标图像，作为单摄像机镜像双目视觉系统的结构参数标定图像，记为系统结构参数标定源图像；2.2以步骤1.3中标定的图像主点坐标为畸变中心，以步骤1.3中标定的畸变系数为参数，根据摄像机畸变模型，对系统结构参数标定源图像进行畸变矫正，矫正后的图像记为系统结构参数标定无畸变源图像L；2.3以系统结构参数标定无畸变源图像L的左下角顶点为原点o，以横向和纵向的图像边缘为u轴和v轴建立二维图像坐标系o‑uv；将坐标系o‑uv内穿过步骤1.3中标定的图像主点坐标的u轴垂线作为旋转轴，对系统结构参数标定无畸变源图像L进行180度旋转操作，得到一幅旋转处理后的图像，记为系统结构参数标定无畸变源图像R；3)获取系统结构参数，具体方式为：3.1以系统结构参数标定无畸变源图像L中左侧标定靶标图像为参考，在标定靶标的平面上确定定义坐标系Ol‑XlYlZl，其中坐标系原点Ol为一个角点，Xl轴及Yl轴分别与特征点的分布方向平行，Zl轴与标定靶标平面垂直；3.2以系统结构参数标定无畸变源图像R中左侧标定靶标图像为参考，在标定靶标的平面上确定定义坐标系Or‑XrYrZr，其中坐标系原点Or与步骤3.1中的坐标系原点Ol位置相同，Xr轴、Yr轴及Zr轴的确定规则与步骤3.1中系统结构参数标定无畸变源图像L的处理方式相同；3.3分别对系统结构参数标定无畸变源图像L和R的左侧标定靶标成像进行特征点坐标提取，根据图像L中特征点坐标与坐标系Ol‑XlYlZl下空间坐标的一一对应关系以及图像R中特征点坐标与坐标系Or‑XrYrZr下空间坐标的一一对应关系，分别计算出坐标系Ol‑XlYlZl和Or‑XrYrZr到摄像机坐标系的转换关系；3.4将坐标系Ol‑XlYlZl设定为参考坐标系，根据坐标系Ol‑XlYlZl和Ol‑XlYlZl到摄像机坐标系的转换关系，计算出表征坐标系Or‑XrYrZr到Ol‑XlYlZl的转换关系的旋转矩阵和平移向量，记为系统结构参数；3.5将步骤1.3获得的摄像机内部参数以及步骤3.4获得的系统结构参数存储到视觉系统参数文件中，完成系统标定。