雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法，包括步驟：將靶標(biāo)置于兩攝像機(jī)的交叉視場(chǎng)中，分別調(diào)節(jié)兩攝像機(jī)的鏡頭使對(duì)準(zhǔn)平面處在靶標(biāo)所在位置；在對(duì)準(zhǔn)平面處分別對(duì)兩攝像機(jī)進(jìn)行第一次標(biāo)定，從而獲得兩攝像機(jī)的外部參數(shù)；將靶標(biāo)分別置于兩攝像機(jī)的近景區(qū)域以進(jìn)行第二次標(biāo)定，從而分別獲得兩攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)；根據(jù)第一次標(biāo)定獲得的兩攝像機(jī)的外部參數(shù)以及第二次標(biāo)定獲得的兩攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，計(jì)算出兩攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，完成雙目立體視覺系統(tǒng)的標(biāo)定。本發(fā)明雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法，在不改變攝像機(jī)標(biāo)定算法和靶標(biāo)尺寸的情況下，采用二次標(biāo)定法完成各攝像機(jī)更高精度標(biāo)定，進(jìn)而完成系統(tǒng)的高精度標(biāo)定。
【專利說明】雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)
定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙目立體視覺測(cè)量技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)之一，該技術(shù)模仿人眼系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的立體視覺系統(tǒng)，其主要原理是:兩臺(tái)攝像機(jī)在不同角度對(duì)同一靶標(biāo)進(jìn)行拍攝，獲得兩幅圖像，即立體圖像對(duì)，計(jì)算靶標(biāo)在兩相機(jī)中的視差，根據(jù)重建原理即可獲得靶標(biāo)的空間坐標(biāo)。
[0003]雙目立體視覺系統(tǒng)如圖1所示。圖1中的標(biāo)記說明:1、第一攝像機(jī)，2、第二攝像機(jī)，3、第一鏡頭,4、第二鏡頭,5、橫梁。第一攝像機(jī)I和第二攝像機(jī)2以一定夾角固定在橫梁5上，第一鏡頭3和第二鏡頭4分別裝配在第一攝像機(jī)I和第二攝像機(jī)2上。
[0004]雙目立體視覺系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)定后才能使用。首先需要對(duì)兩臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，再利用標(biāo)定結(jié)果完成系統(tǒng)標(biāo)定?？臻g物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系是由攝像機(jī)成像的幾何模型決定的，這些幾何模型參數(shù)就是攝像機(jī)參數(shù)。在大多數(shù)條件下，這些參數(shù)必須通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到，這個(gè)過程被稱為攝像機(jī)標(biāo)定。攝像機(jī)標(biāo)定的目的是獲取攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，然后通過獲得的內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后得到攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，最終完成系統(tǒng)標(biāo)定?，F(xiàn)有攝像機(jī)標(biāo)定算法有多種，如直接線性變換法(DLT)、徑向約束(RAC)兩步法、雙平面法等?，F(xiàn)有攝像機(jī)標(biāo)定算法已經(jīng)達(dá)到較高的精度，如RAC兩步法，平均精度達(dá)1/4000，深度方向精度可達(dá)1/8000。
[0005]在攝像機(jī)標(biāo)定時(shí)，需要建 立攝像機(jī)模型。攝像機(jī)模型分為兩種，一種是線性攝像機(jī)模型，該模型描述理想幾何成像關(guān)系，不能準(zhǔn)確描述實(shí)際成像中存在的畸變；另一種是非線性攝像機(jī)模型，該模型描述實(shí)際幾何成像關(guān)系，能夠準(zhǔn)確描述實(shí)際成像中存在的畸變。下面分別介紹這兩種模型。
[0006]在線性攝像機(jī)模型中，圖像坐標(biāo)系如圖2所示。在圖2中，(u,v)表示以像素為單位的圖像坐標(biāo)系Oc1-Uv的坐標(biāo)，(x,y)表示以毫米為單位的圖像坐標(biāo)系O1-Xy的坐標(biāo)。原點(diǎn)O1定義在攝像機(jī)光軸與圖像平面的交點(diǎn)，該點(diǎn)一般位于圖像中心處。O1在Oc1-Uv坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(Utl, Vtl)，每一像素在X軸和y軸方向上的物理尺寸為dx、dy，則圖像中任意一個(gè)像素在兩坐標(biāo)系中的關(guān)系如下:
【權(quán)利要求】
1.一種雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法，其特征在于，包括步驟: 51、將靶標(biāo)置于兩攝像機(jī)的交叉視場(chǎng)中，分別調(diào)節(jié)兩攝像機(jī)的鏡頭使對(duì)準(zhǔn)平面處在靶標(biāo)所在位置； 52、在對(duì)準(zhǔn)平面處分別對(duì)兩攝像機(jī)進(jìn)行第一次標(biāo)定，從而獲得兩攝像機(jī)的外部參數(shù)； 53、將靶標(biāo)分別置于兩攝像機(jī)的近景區(qū)域以進(jìn)行第二次標(biāo)定，從而分別獲得兩攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)； 54、根據(jù)第一次標(biāo)定獲得的兩攝像機(jī)的外部參數(shù)以及第二次標(biāo)定獲得的兩攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，計(jì)算出兩攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，完成雙目立體視覺系統(tǒng)的標(biāo)定。
2.如權(quán)利要求1所述的雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括: 511、將靶標(biāo)置于兩攝像機(jī)的交叉視場(chǎng)中，移動(dòng)靶標(biāo)使其盡量大的占據(jù)兩攝像機(jī)的像面； 512、調(diào)節(jié)第一攝像機(jī)的鏡頭，使第一攝像機(jī)中的靶標(biāo)圖像最清晰，從而使第一攝像機(jī)的對(duì)準(zhǔn)平面處在靶標(biāo)所在位置； 513、調(diào)節(jié)第二攝像機(jī)的鏡頭，使第二攝像機(jī)中的靶標(biāo)圖像最清晰，從而使第二攝像機(jī)的對(duì)準(zhǔn)平面處在靶標(biāo)所在位置。
3.如權(quán)利要求1所述的雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括: 521、在對(duì)準(zhǔn)平面處利用RAC兩步法對(duì)第一攝像機(jī)進(jìn)行第一次標(biāo)定，得到第一攝像機(jī)的外部參數(shù)矩陣Μ。A/flRl t1"

Μ—_ =—

一 Oj I 其中，R1是第一攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣，t1是第一攝像機(jī)的平移向量； 522、在對(duì)準(zhǔn)平面處利用RAC兩步法對(duì)第二攝像機(jī)進(jìn)行第一次標(biāo)定，得到第二攝像機(jī)的外部參數(shù)矩陣M「R t2"
其中，R2是第二攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣，t2是第二攝像機(jī)的平移向量。
4.如權(quán)利要求1所述的雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括: S31、將靶標(biāo)放在第一攝像機(jī)的近景區(qū)域，利用RAC兩步法對(duì)第一攝像機(jī)進(jìn)行第二次標(biāo)定，得到第一攝像機(jī)的徑向畸變系數(shù)k1和內(nèi)部參數(shù)矩陣ML:

α* O Ug O

Ml= O aOO O I O 其中，OC是第一攝像機(jī)的圖像平面橫軸上尺度因子，?:是第一攝像機(jī)的圖像平面縱軸上尺度因子，(U10，V；)是第一攝像機(jī)的圖像平面的中心點(diǎn)坐標(biāo)； S32、將靶標(biāo)放在第二攝像機(jī)的近景區(qū)域，利用RAC兩步法對(duì)第二攝像機(jī)進(jìn)行第二次標(biāo)定，得到第二攝像機(jī)的徑向畸變系數(shù)k2和內(nèi)部參數(shù)矩陣M；:,
5.如權(quán)利要求1所述的雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括: 541:將第一攝像機(jī)的第一次標(biāo)定得到的外部參數(shù)矩陣與第二次標(biāo)定得到的內(nèi)部參數(shù)矩陣Mt相乘，得到第一攝像機(jī)的投影矩陣M1 =M)? 從而獲得第一攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)(M1，k1)；542:將第二攝像機(jī)的第一次標(biāo)定得到的外部參數(shù)矩陣與第二次標(biāo)定得到的內(nèi)部參數(shù)矩陣M丨相乘，得到第二攝像機(jī)的投影矩陣M2 *M 從而獲得第二攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)(M2，k2)。
6.如權(quán)利要求1所述的雙目立體視覺系統(tǒng)的二次標(biāo)定方法，其特征在于，所述交叉視場(chǎng)是物空間中能同時(shí)在兩攝 像機(jī)中成像的區(qū)域；所述對(duì)準(zhǔn)平面是物空間與景象平面相共軛的平面，而攝像機(jī)將物空間的物體成像在所述景象平面上；所述近景區(qū)域是指近景平面和對(duì)準(zhǔn)平面之間形成的區(qū)域；其中，所述近景平面是指物空間中能成清晰圖像的離攝像機(jī)最近的平面；所述遠(yuǎn)景區(qū)域是指遠(yuǎn)景平面和對(duì)準(zhǔn)平面之間形成的區(qū)域；其中，所述遠(yuǎn)景平面是指物空間中能成清晰圖像的離攝像機(jī)最遠(yuǎn)的平面。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103473758SQ201310173452
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月13日
【發(fā)明者】劉仰川, 高欣, 付威威, 徐川 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所