一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，在整個工作區(qū)域內(nèi)，通過載物臺固定在高精度運動平臺上的標(biāo)定板可以做任意已知的旋轉(zhuǎn)平移等線性運動，獲得標(biāo)定板在世界坐標(biāo)系下的位姿。標(biāo)定板在高精度運動平臺的控制下運動，使其出現(xiàn)在某個相機或多個相機的視野中，相機拍攝圖像，尋找世界坐標(biāo)系下與圖像坐標(biāo)系下對應(yīng)點對坐標(biāo)，最后采用全局優(yōu)化算法，整體一次求解各個相機參數(shù)，克服了現(xiàn)有標(biāo)定方法需要對多相機系統(tǒng)中的相機逐個標(biāo)定存在的低效率、有較大累積誤差或設(shè)計特定標(biāo)定部件的麻煩等缺點，實現(xiàn)了多相機系統(tǒng)整體的一次性標(biāo)定，具有極其重要的工程應(yīng)用價值，完成高精度標(biāo)定及三維重建。測量過程簡單，標(biāo)定結(jié)果精確，提高了工作效率。
【專利說明】
一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及計算機視覺領(lǐng)域中的多相機系統(tǒng)，具體為一種基于高精度運動平臺的 多相機標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多相機系統(tǒng)在計算機視覺領(lǐng)域相當(dāng)常見，如在3D重建、運動捕捉、多視點視頻等應(yīng) 用中，常常需要各種不同相機、光源、存儲設(shè)備的組成的多相機系統(tǒng)。多相機系統(tǒng)標(biāo)定，即確 定各個相機的內(nèi)、外參數(shù)，是多相機系統(tǒng)進(jìn)行可靠高效工作不可或缺的重要步驟。
[0003] 以往，多相機系統(tǒng)標(biāo)定一般采用兩種方式：（1)使用傳統(tǒng)標(biāo)定方式，但這些標(biāo)定物 存在自身遮擋，無法從多個視角同時觀測到標(biāo)定物，因而無法一次性地標(biāo)定多相機系統(tǒng)，只 能先兩兩進(jìn)行標(biāo)定，最后轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，實現(xiàn)全局標(biāo)定。由于涉及到各種不精確的坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換，存在較大的累積誤差;并且需要對多相機系統(tǒng)中的相機逐個標(biāo)定，效率極低。（2)設(shè) 置特定的標(biāo)定物，在多相機標(biāo)定過程中使其繞固定軸轉(zhuǎn)動或靜止，由于特定標(biāo)志物不存在 自身遮擋，多相機可以同時拍攝，一起標(biāo)定。但在實際使用中標(biāo)定物設(shè)計比較困難且沒有普 遍性，實用性差且標(biāo)定過的參數(shù)精度低。當(dāng)任意兩個相機的視野重疊區(qū)域小或根本沒有重 疊時，上述兩種方法便無能為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定 方法，在保證操作高效率的前提下，提高標(biāo)定精度。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] -種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，包括如下步驟，
[0007] 步驟1，初始化多相機標(biāo)定系統(tǒng)，所述的多相機標(biāo)定系統(tǒng)包括載物臺和高精度運動 平臺，以及至少兩個相機;所有相機均勻布置于載物臺的上方，且相機的取景框均朝向載物 臺，載物臺上固定放置標(biāo)定板，高精度運動平臺控制載物臺的運動;所述的高精度運動平臺 具有6個及以上自由度，位移精度達(dá)到0.1_的運動平臺；
[0008] 步驟2,在初始位姿的標(biāo)定板上建立世界坐標(biāo)系，并在標(biāo)定板上選取至少五個標(biāo)定 點，得到所有標(biāo)定點的世界坐標(biāo)；
[0009] 步驟3,通過高精度運動平臺的控制，將標(biāo)定板從上一位姿移動到下一位姿，并使 標(biāo)定板填充到未拍攝兩幅標(biāo)定板在不同位姿下圖像的一個或多個當(dāng)前相機視野內(nèi)；
[0010] 步驟4,一個或多個當(dāng)前相機對當(dāng)前位姿下的標(biāo)定板分別進(jìn)行圖像采集，并獲取標(biāo) 定板中步驟2選取的至少五個標(biāo)定點在圖像上對應(yīng)點的圖像坐標(biāo)和在世界坐標(biāo)系上的世界 坐標(biāo)；
[0011] 步驟5,重復(fù)步驟3和4直到每個相機至少拍攝兩幅標(biāo)定板在不同位姿下的圖像；
[0012] 步驟6,對所有相機內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行全局標(biāo)定，采用全局算法對步驟4得到的所有標(biāo) 定點的圖像坐標(biāo)與其世界坐標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，確定各個相機精確的標(biāo)定參數(shù)。
[0013] 優(yōu)選的，步驟2中，初始位姿的標(biāo)定板位于任意一個或多個相機的視野內(nèi)。
[0014] 優(yōu)選的，標(biāo)定板填充到對應(yīng)相機視野中時，使得拍攝圖像中標(biāo)定板所占區(qū)域占一 半以上。
[0015] 優(yōu)選的，在求解標(biāo)定點的世界坐標(biāo)時，假定標(biāo)定板坐標(biāo)系與載物臺坐標(biāo)系重合，若 不重合則經(jīng)過向量運算進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。
[0016] 優(yōu)選的，當(dāng)多個相機對標(biāo)定板同時進(jìn)行拍攝時，所述的多個相機的視野重疊，且在 視野重疊區(qū)域能夠拍攝到全部的標(biāo)定板。
[0017] 優(yōu)選的，標(biāo)定板采用棋盤格標(biāo)定板，初始姿態(tài)下標(biāo)定板的任意一個點作為世界坐 標(biāo)系原點〇w，標(biāo)定板互相垂直的兩邊界為Xw軸與Yw軸，Z w垂直與標(biāo)定板平面。
[0018] 優(yōu)選的，當(dāng)所有相機依次進(jìn)行對標(biāo)定板的拍攝標(biāo)定時，具體步驟如下，
[0019] 步驟1)，初始化多相機標(biāo)定系統(tǒng)，所述的多相機標(biāo)定系統(tǒng)包括載物臺和高精度運 動平臺，以及至少兩個相機;所有相機均勻布置于載物臺的上方，且相機的取景框均朝向載 物臺，載物臺上固定放置標(biāo)定板，高精度運動平臺控制載物臺的運動;所述的高精度運動平 臺具有6個及以上自由度，位移精度達(dá)到0.1mm的運動平臺；
[0020] 步驟2)，在初始位姿(RQ，To)的標(biāo)定板上建立世界坐標(biāo)系0W-XWY WZW，其原點0W為標(biāo) 定板上任意一個固定的點；并選取η個標(biāo)定點，其中，η為正整數(shù)，且5; η個標(biāo)定點的坐標(biāo) 分別為（Χο?,Υο?,Ο)，（Χ〇2，Υ〇2，0)··· (Χ〇η，Υ〇η，0);
[0021] 步驟3)，通過高精度運動平臺的控制，將標(biāo)定板從上一位姿(Rt^IVO移動到下一 位姿(υο,使標(biāo)定板填充到未拍攝兩幅標(biāo)定板在不同位姿下圖像的一個當(dāng)前相機視野 內(nèi)；
[0022] 步驟4)，當(dāng)前相機對當(dāng)前位姿(UO下的標(biāo)定板分別進(jìn)行圖像采集，并獲取標(biāo)定 板中步驟1)選取的η個標(biāo)定點在圖像上對應(yīng)點的圖像坐標(biāo)分別為（Uil，Vil)，（Ui2, Vi2l··· (11土11，￥111)和世界坐標(biāo)(父11，￥11，211)，（Xi2，Yi2，Zi2)…(Xin，Yin，Zin);
[0023] 步驟5)，重復(fù)步驟3)和4)直到每個相機至少拍了兩幅標(biāo)定板在不同位姿下的圖 像，共拍攝了 m個標(biāo)定板位姿下的m張圖像；
[0024] 步驟6)，對所有相機拍攝到圖像中對應(yīng)點的像點坐標(biāo)進(jìn)行全局標(biāo)定，采用全局算 法對步驟4)得到的所有對應(yīng)點對進(jìn)行優(yōu)化，確定各個相機精確的標(biāo)定參數(shù)。
[0025] 進(jìn)一步，在步驟3)中，標(biāo)定板下一位姿(Ri，Ti)通過如下公式得到，
[0026] (Ri，Ti) = (R(i-i)i*Ri-i，R(i-i)i*Ti-i+T(i-i)i)
[0027] 其中，（Ri-i，Ti-i)為上一位姿；（R(i-i)i，T(i-i)i)為此運動前后標(biāo)定板位置關(guān)系，能夠 通過讀取高精度運動平臺移動的參數(shù)獲得。
[0028] 進(jìn)一步，通過在步驟4)中得到第i個相機的圖像坐標(biāo)系上的標(biāo)定點圖像坐標(biāo)(Uii, ￥土1)，（11土2，￥土2)."(11土11，￥土11)與標(biāo)定點基于世界坐標(biāo)系下坐標(biāo)（父土1，￥土1，2土1)，（父土2，￥土2,2土2)··· (Xin，Yin，Zin)的對應(yīng)關(guān)系;在步驟6 )中對所有相機的內(nèi)部參數(shù)與外部參數(shù)進(jìn)行全局標(biāo)定;其 中，
[0029] (Χ?, Υ?, Zii) = (Χοι, Υοι, Zoi)*Ri+Ti, (Xi2, Yi2, Zi2) (X02, Y02,0)*Ri+Ti, ,
[0030] (Xin , Yin , Zin) (Xon , Yon , 0 )*Ri+Ti 〇
[0031] 進(jìn)一步，步驟6)中全局優(yōu)化的具體步驟如下， m η
[0032]以為目標(biāo)函數(shù)，以張正友提出的棋盤格標(biāo)定算法方程為模型， /-1 /-1 采用最小二乘法或其他優(yōu)化算法計算各個相機內(nèi)外參數(shù);其中，Qu是第j個標(biāo)定點在第i個 位姿上的像點計算值，Xlj是第j個標(biāo)定點在第i個位姿上的像點測量值，是叫與 Xij之間的范數(shù)；
[0033]得到的各個相機的外參(R1，!11)，（Rn，T n)，···分別為各個相機坐標(biāo)相對于步驟2)選 取的世界坐標(biāo)系的位置關(guān)系，則第k個相機關(guān)于第一個相機的外參為(Rkl，Tk1)，其中（R kl， Tkl) = (_Rk*Rl，_Rk*Tl_Tk)。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0035] 本發(fā)明在整個工作區(qū)域內(nèi)，通過載物臺固定在高精度運動平臺上的標(biāo)定板可以做 任意已知的旋轉(zhuǎn)平移等線性運動，獲得標(biāo)定板在世界坐標(biāo)系下的位姿。標(biāo)定板在高精度運 動平臺的控制下運動，使其出現(xiàn)在某個相機或多個相機的視野中，相機拍攝圖像，尋找世界 坐標(biāo)系下與圖像坐標(biāo)系下對應(yīng)點對坐標(biāo)，最后采用全局優(yōu)化算法，整體一次求解各個相機 參數(shù)，克服了現(xiàn)有標(biāo)定方法需要對多相機系統(tǒng)中的相機逐個標(biāo)定存在的低效率、有較大累 積誤差或設(shè)計特定標(biāo)定部件的麻煩等缺點，實現(xiàn)了多相機系統(tǒng)整體的一次性標(biāo)定，具有極 其重要的工程應(yīng)用價值，完成高精度標(biāo)定及三維重建。能夠進(jìn)行高精度的測量和自動控制 能力，測量過程簡單，標(biāo)定結(jié)果精確，有效的提高了工作效率。而當(dāng)多個相機中的一個發(fā)生 移動時，該多相機系統(tǒng)需要重新標(biāo)定。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明實例中所述的多相機標(biāo)定系統(tǒng)的應(yīng)用布局示意圖。
[0037] 圖2為本發(fā)明實例中所述方法中以第一個相機標(biāo)定為例標(biāo)定過程示意圖。
[0038] 圖3為本發(fā)明實例中所述方法的流程圖。
[0039] 圖1中：棋盤格標(biāo)定板1、相機采集控制器2、多相機系統(tǒng)3、各個相機視野4、高精度 運動平臺控制器5。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0041] 多相機系統(tǒng)通常要求攝像機或照相機從多個角度拍攝物體。當(dāng)待重建物體或人在 同一時刻不同觀察角度的圖像，利用多相機系統(tǒng)的標(biāo)定結(jié)果可以計算出待重建物體或人的 三維信息，實現(xiàn)運動捕獲等目標(biāo)。因而標(biāo)定是該系統(tǒng)最基本和最重要的一步。本發(fā)明的相機 布局結(jié)構(gòu)采用一般的多相機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即可，對多相機的安裝位置和姿態(tài)沒有特殊要求;如 圖1所示，本優(yōu)選實例中多相機系統(tǒng)標(biāo)定系統(tǒng)的布置示意圖，標(biāo)定板移動范圍為多相機系統(tǒng) 的工作區(qū)，即相機的所有視野區(qū)。
[0042] 棋盤格標(biāo)定板1位于多相機系統(tǒng)3的各個相機視野4內(nèi)，棋盤格標(biāo)定板1通過載物臺 固定在高精度運動平臺的運動部件上，如機械手臂，在控制器5的控制下運動部件的運動將 帶動棋盤格標(biāo)定板1在工作區(qū)內(nèi)做相同的運動；多相機系統(tǒng)3在相機采集控制器2的控制下 拍攝在其工作區(qū)域內(nèi)運動的標(biāo)定部件1的圖像，用于對多相機系統(tǒng)3的標(biāo)定。
[0043] 本發(fā)明提出的標(biāo)定方法主要包括獲取標(biāo)定板的運動參數(shù)，獲取標(biāo)定板的圖像、圖 像輸入、從圖像中提取標(biāo)志點圖像坐標(biāo)并構(gòu)造圖像點對應(yīng)及利用全局或非線性優(yōu)化算法優(yōu) 化標(biāo)定結(jié)果等步驟，應(yīng)當(dāng)說明在整個標(biāo)定過程中只能用高精度運動平臺控制器控制標(biāo)定 板，不允許手動撥動或觸動標(biāo)定板。本優(yōu)選實例中采用的棋盤格標(biāo)定板1，標(biāo)定板上的棋盤 格頂點可輕松識別，作為標(biāo)志點。如圖3所示，以相機逐一拍攝圖像進(jìn)行說明，具體步驟如 下。
[0044] 步驟1，初始化多相機系統(tǒng)標(biāo)定系統(tǒng)。其中基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定裝置 中應(yīng)用了高精度的運動平臺，所述的高精度運動平臺指的是具有6個及以上自由度，位移精 度可達(dá)0.1mm的運動平臺，包括高精度云臺，高精度機械臂等高精度運動平臺。運動平臺可 以帶動標(biāo)定板在工作區(qū)域內(nèi)做各種已知軌跡的運動。
[0045] 步驟2,如圖3的（1)所示，以初始位姿(RQ，To)的標(biāo)定板左上角為世界坐標(biāo)系原點 〇w，標(biāo)定板互相垂直的兩邊界為X w軸與Yw軸，Zw垂直與標(biāo)定板平面;在標(biāo)定板上選取η多5個 標(biāo)定點，其當(dāng)標(biāo)定板處于初始位姿(R〇，T〇)時在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)分別為(X Q1，YQ1，0)， (X〇2，Y〇2，0)，…，（X〇 n，Y〇n，0);本優(yōu)選實例中，定位世界坐標(biāo)系時，標(biāo)定板的初始位姿可以是 工作區(qū)的任意位置，但考慮到標(biāo)定的簡單期間，首先移動標(biāo)定板，使其盡量填充第一個相機 視野。選取當(dāng)前位姿為初始位姿;標(biāo)定板上的標(biāo)定點可以隨機選取，也可以選擇容易計算的 η個點，但這η個點要均勻分布在標(biāo)定板上，且η不能少于5,越多越好。
[0046] 步驟3,如圖3的（2)所示，標(biāo)定板在工作區(qū)內(nèi)從上一位姿(RhJh)運動到下一位 姿(RuTO,使標(biāo)定板盡量填充第k個相機視野；由于標(biāo)定板固定在高精度運動平臺上，在此 運動前后標(biāo)定板位置關(guān)系(Ru-m，Tu-m)能夠通過讀取高精度運動平臺移動的參數(shù)獲的精 確表示，所以（心，!^) = (1?(卜1)押1^-1，1^-1)1*1\-1+1'(卜1)〇。標(biāo)定板填充相機視野是指在所拍攝 的圖像中標(biāo)定板應(yīng)該至少占圖像的二分之一。
[0047] 因為大的標(biāo)定板由于工藝上制作的問題，板面平整度不高，嚴(yán)重影響標(biāo)定精度;所 以本發(fā)明采用的標(biāo)定板是經(jīng)典的棋盤格小標(biāo)定板，且標(biāo)定點之間的幾何信息已知(棋盤格 大小已知)和標(biāo)定板運動參數(shù)已知(采用高精度運動平臺控制標(biāo)定板運動），標(biāo)定板通過載 物臺牢牢固定在運動部件上面，運動平臺運動幾何信息與標(biāo)定板運動幾何信息相同，也就 是標(biāo)定板的坐標(biāo)系應(yīng)與高精度運動平臺的坐標(biāo)系重合，假若不重合的再經(jīng)過一定量的向量 運算計算轉(zhuǎn)化。操作者可以通過高精度運動平臺控制器控制運動部件的運動來控制標(biāo)定板 的剛體運動。在每次運動后整個標(biāo)定板應(yīng)盡可能填滿整個相機視野。
[0048] 步驟4,如圖3的(3)所示，第k個相機對當(dāng)前位姿(RbTO下的標(biāo)定板進(jìn)行圖像采集， 并獲取標(biāo)定板中步驟2選取的η個標(biāo)定點在圖像上對應(yīng)點的像A*#(Uii，Vii)，（Ui2，Vi2)··· (Ui n，Vin);可以得到第k個相機的圖像坐標(biāo)系上的標(biāo)定點圖像坐標(biāo)(Uil，Vil)，（Ui2，Vi2l··· (11^，￥：1 11)與標(biāo)定板標(biāo)定點在世界坐標(biāo)系下坐標(biāo)仏1，￥^石1)，仏2，￥12石2) -仏11，￥^，2^) 的對應(yīng)關(guān)系，用于步驟6中所有相機的內(nèi)參與外參的全局標(biāo)定;其中，
[0049] (Xii, Yii, Zil) = (Χοι, Υοι, Zoi)*Ri+Ti, (Xi2, Yi2, Zi2) (X02, Y02,0)*Ri+Ti, ,
[0050] (Xin，Yin，Zin) (X0n，Y0n，0 )*Ri+Ti ; 〇
[0051] 在尋找標(biāo)定板標(biāo)定點在圖像中的對應(yīng)點時，若某個或多個點難以找到，可以用其 他點代替或者忽略該點，但是一定要保證點的個數(shù)η多5且分布均勻。為了提高相機參數(shù)的 精度，每個相機最好拍攝多個位姿下標(biāo)定板的圖像，尋找標(biāo)定點。且多位姿盡量包括各種角 度，即正對相機，標(biāo)定板位于圖像左上、上中、右上、中間、左下、下中、右下和往上、下、左、右 的旋轉(zhuǎn)。
[0052]步驟5,如圖3的(4)所示，重復(fù)步驟3與步驟4直到每個相機至少拍攝兩幅標(biāo)定板在 不同位姿下的圖像，共拍攝了 m個標(biāo)定板位姿下的m張圖像；
[0053]步驟6,如圖3的（5)所示，全局高精度定位，采用全局算法對步驟三得到的所有對 應(yīng)點對進(jìn)行優(yōu)化，確定各個相機精確的標(biāo)定參數(shù)。 m η
[0054] 全局優(yōu)化算法以為目標(biāo)函數(shù)，其中Qlj是第j個標(biāo)定點在第i個 ?=ι Μ 位姿上的像點計算值，Xlj是第j個標(biāo)定點在第i個位姿上的像點測量值，是叫與 XlJ之間的范數(shù)；以張正友提出的棋盤格標(biāo)定算法方程為模型，采用最小二乘法或其他迭代 優(yōu)化算法求解各個相機的內(nèi)參和外參R 1，T1矩陣，則第k個相機關(guān)于第一個相機的外參為 (Rkl，T kl)，其中（Rkl，Tkl)=(-壚*!?1，-Rk*! 11-!4)。
[0055] 本發(fā)明若某一位姿下標(biāo)定板同時填充某2個或者多個相機視野，多個相機可以同 時拍攝標(biāo)定板在當(dāng)前位姿下的圖像，同時尋找標(biāo)定板標(biāo)定點的在圖像上的對應(yīng)點。當(dāng)多個 相機中的一個發(fā)生移動時，該多相機系統(tǒng)需要重新標(biāo)定。
[0056] 如圖2所示，以第一個相機標(biāo)定為例，說明其他相機的標(biāo)定過程中的位姿轉(zhuǎn)換：圖2 右下角為建立的圖像坐標(biāo)系0-UV。圖2左下角為建立的第一個相機坐標(biāo)系Od-XcaYdZca。圖2 左上角為標(biāo)定板在初始位姿下建立的世界坐標(biāo)系OfXwYwZw。標(biāo)定板在高精度運動平臺的控 制下由初始位姿移動到某個位置后建立第1個世界坐標(biāo)系〇 wi-XwiYwiZwl，圖2右上角，該移動 過程參數(shù)(RQ1，T Q1)可以由高精度運動平臺直接或者間接得到。在全局標(biāo)定過程后便可得到 第一個相機坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的位置關(guān)系(R 1，!4)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，包括如下步驟， 步驟1，初始化多相機標(biāo)定系統(tǒng)，所述的多相機標(biāo)定系統(tǒng)包括載物臺和高精度運動平 臺，W及至少兩個相機;所有相機均勻布置于載物臺的上方，且相機的取景框均朝向載物 臺，載物臺上固定放置標(biāo)定板，高精度運動平臺控制載物臺的運動;所述的高精度運動平臺 具有6個及W上自由度，位移精度達(dá)到0.1mm的運動平臺； 步驟2,在初始位姿的標(biāo)定板上建立世界坐標(biāo)系，并在標(biāo)定板上選取至少五個標(biāo)定點， 得到所有標(biāo)定點的世界坐標(biāo)； 步驟3,通過高精度運動平臺的控制，將標(biāo)定板從上一位姿移動到下一位姿，并使標(biāo)定 板填充到未拍攝兩幅標(biāo)定板在不同位姿下圖像的一個或多個當(dāng)前相機視野內(nèi)； 步驟4,一個或多個當(dāng)前相機對當(dāng)前位姿下的標(biāo)定板分別進(jìn)行圖像采集，并獲取標(biāo)定板 中步驟2選取的至少五個標(biāo)定點在圖像上對應(yīng)點的圖像坐標(biāo)和在世界坐標(biāo)系上的世界坐 標(biāo)； 步驟5,重復(fù)步驟3和4直到每個相機至少拍攝兩幅標(biāo)定板在不同位姿下的圖像； 步驟6,對所有相機內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行全局標(biāo)定，采用全局算法對步驟4得到的所有標(biāo)定點 的圖像坐標(biāo)與其世界坐標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，確定各個相機精確的標(biāo)定參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，步 驟2中，初始位姿的標(biāo)定板位于任意一個或多個相機的視野內(nèi)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，標(biāo) 定板填充到對應(yīng)相機視野中時，使得拍攝圖像中標(biāo)定板所占區(qū)域占一半W上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，在 求解標(biāo)定點的世界坐標(biāo)時，假定標(biāo)定板坐標(biāo)系與載物臺坐標(biāo)系重合，若不重合則經(jīng)過向量 運算進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，當(dāng) 多個相機對標(biāo)定板同時進(jìn)行拍攝時，所述的多個相機的視野重疊，且在視野重疊區(qū)域能夠 拍攝到全部的標(biāo)定板。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，標(biāo) 定板采用棋盤格標(biāo)定板，初始姿態(tài)下標(biāo)定板的任意一個點作為世界坐標(biāo)系原點Ow，標(biāo)定板 互相垂直的兩邊界為Xw軸與Yw軸，Zw垂直與標(biāo)定板平面。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，當(dāng) 所有相機依次進(jìn)行對標(biāo)定板的拍攝標(biāo)定時，具體步驟如下， 步驟1)，初始化多相機標(biāo)定系統(tǒng)，所述的多相機標(biāo)定系統(tǒng)包括載物臺和高精度運動平 臺，W及至少兩個相機;所有相機均勻布置于載物臺的上方，且相機的取景框均朝向載物 臺，載物臺上固定放置標(biāo)定板，高精度運動平臺控制載物臺的運動;所述的高精度運動平臺 具有6個及W上自由度，位移精度達(dá)到0.1mm的運動平臺； 步驟2)，在初始位姿(Ro，To)的標(biāo)定板上建立世界坐標(biāo)系Ow-XwYwZw，其原點Ow為標(biāo)定板上 任意一個固定的點；并選取η個標(biāo)定點，其中，η為正整數(shù)，且n>5;n個標(biāo)定點的坐標(biāo)分別為 (Χ〇1，Υ〇1，0)，（Χ〇2，Υ〇2,0)···(Χ〇η，&η，0); 步驟3)，通過高精度運動平臺的控制，將標(biāo)定板從上一位姿(Ri-i，Ti-i)移動到下一位姿 (Ri，Ti)，使標(biāo)定板填充到未拍攝兩幅標(biāo)定板在不同位姿下圖像的一個當(dāng)前相機視野內(nèi)； 步驟4)，當(dāng)前相機對當(dāng)前位姿(Ri，Ti)下的標(biāo)定板分別進(jìn)行圖像采集，并獲取標(biāo)定板中 步驟1)選取的η個標(biāo)定點在圖像上對應(yīng)點的圖像坐標(biāo)分別為(Uil，Vil)，（Ui2，Vi2)'''（Uin，Vin) 和世界坐標(biāo). 步驟5)，重復(fù)步驟3)和4)直到每個相機至少拍了兩幅標(biāo)定板在不同位姿下的圖像，共 拍攝了 m個標(biāo)定板位姿下的m張圖像； 步驟6)，對所有相機拍攝到圖像中對應(yīng)點的像點坐標(biāo)進(jìn)行全局標(biāo)定，采用全局算法對 步驟4)得到的所有對應(yīng)點對進(jìn)行優(yōu)化，確定各個相機精確的標(biāo)定參數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，在 步驟3)中，標(biāo)定板下一位姿(Ri，Ti)通過如下公式得到， (Ri, Ti) = (R(i-i)i*Ri-i ,R(i-i)i*Ti-i 巧(i-i)i) 其中，（Rl-l，Ti-l)為上一位姿；（R(i-l)i，T(i-l)i)為此運動前后標(biāo)定板位置關(guān)系，能夠通過 讀取高精度運動平臺移動的參數(shù)獲得。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于，通 過在步驟4)中得到第i個相機的圖像坐標(biāo)系上的標(biāo)定點圖像坐標(biāo)（Uil，Vil)，（Ui2, Vi2l··· (Uin , Vin)與柄走點基于世界坐t不系下坐柄, Yil , Zil ) , (Xi2 , Yi2 , Zi2 )…（Xin , Yin , Zin)的對 應(yīng)關(guān)系;在步驟6)中對所有相機的內(nèi)部參數(shù)與外部參數(shù)進(jìn)行全局標(biāo)定;其中， (Xil，Yil，Zil ) = (Xoi，Yoi，Zoi )*Ri巧i，（Xi2，Yi2，Zi2 ) (X〇2，Υ〇2，0 )*Ri巧i，...， (Xin , Yin , Zin) (Xon , Yon , 0 ) *Ri~l~Ti o10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于高精度運動平臺的多相機標(biāo)定方法，其特征在于， 步驟6)中全局優(yōu)化的具體步驟如下，為目標(biāo)函數(shù)，W張正友提出的棋盤格標(biāo)定算法方程為模型，采用 最小二乘法或其他優(yōu)化算法計算各個相機內(nèi)外參數(shù);其中，Qu是第j個標(biāo)定點在第i個位姿 上的像點計算值，XI堤第j個標(biāo)定點在第i個位姿上的像點測量值，d(Qu，W)是知與xij之 間的范數(shù)； 得到的各個相機的外參(1?1，1'1)，（滬，1-)，-，分別為各個相機坐標(biāo)相對于步驟2)選取的 世界坐標(biāo)系的位置關(guān)系，則第k個相機關(guān)于第一個相機的外參為(Rki，Tki)，其中（Rki，T") = (-Rk*Ri，-Rk*Ti-Tk)。
【文檔編號】G06T7/00GK106097300SQ201610367154
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】王飛, 顏峰, 張觀洲, 鄭南寧
【申請人】西安交通大學(xué)