專利名稱：基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法
基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于視覺測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝 像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
使用多攝像機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行三維測(cè)量，必須首先完成每個(gè)攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和畸變參 數(shù)，多攝像機(jī)間的相對(duì)位姿及與參考坐標(biāo)系位姿參數(shù)的標(biāo)定。標(biāo)定的魯棒性及精度直接決 定多攝像機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量精度，因而魯棒且高精度的標(biāo)定是多攝像機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度標(biāo)定的 前提和條件。
攝像機(jī)標(biāo)定由來已久，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，有許多行之有效的方法。近年來，因多 攝像機(jī)系統(tǒng)在大尺度、大范圍測(cè)量上的獨(dú)特明顯，受到國(guó)內(nèi)外研究的廣泛重視，尤其是多攝 像機(jī)系統(tǒng)的高效、高精度成為研究的熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的多攝像機(jī)標(biāo)定方法中，一些采用電 子經(jīng)緯儀來建立世界坐標(biāo)系，從而增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性；一些采用三維、二維、一維 或0維標(biāo)定物，直接利用單攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和攝像機(jī)間的位姿關(guān)系完成多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定 參數(shù)的估計(jì)，一方面要求標(biāo)定物在所有攝像機(jī)視場(chǎng)中可見，另一方面標(biāo)定結(jié)果會(huì)受噪聲、計(jì) 算誤差、初始參數(shù)誤差等影響，精度較低；盡管一些方法在標(biāo)定的最后階段也采用了捆綁調(diào) 整優(yōu)化方法，然而三維標(biāo)定點(diǎn)集的采集過程較為復(fù)雜，且需要拋棄局外點(diǎn)，效率較低，魯棒 性較差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有標(biāo)定技術(shù)的缺陷或不足，提供了一種基于光學(xué)成 像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法。該方法僅需要一個(gè)已標(biāo)定的光學(xué)成像測(cè) 頭，就可同時(shí)完成單攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定和多攝像機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)定，方法簡(jiǎn)單，而且不需要光 學(xué)成像測(cè)頭在所有攝像機(jī)視場(chǎng)內(nèi)可見，僅需要在其中兩個(gè)或以上攝像機(jī)視場(chǎng)內(nèi)可見即可， 適用于各種測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)。采用視覺圖結(jié)構(gòu)和捆綁調(diào)整優(yōu)化，由粗到精地完成多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo) 定，確保了結(jié)果的魯棒性和高精度。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
步驟1、硬件的建立
采用分布式的多個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)光學(xué)成像測(cè)頭，所有攝像機(jī)不要求有重疊的視場(chǎng) 空間，但要求至少每?jī)蓚€(gè)攝像機(jī)之間有重疊視場(chǎng)
步驟2、確定每個(gè)攝像機(jī)的空間位置，為每個(gè)攝像機(jī)確定一個(gè)或多個(gè)空間定位點(diǎn)， 按空間定位點(diǎn)選擇的原則即在單攝像機(jī)或多攝像機(jī)的標(biāo)定過程中光學(xué)成像測(cè)頭均能位于 所標(biāo)定的攝像機(jī)視場(chǎng)以內(nèi)。在單攝像機(jī)的標(biāo)定中，首先在其對(duì)應(yīng)的定位點(diǎn)上安裝基準(zhǔn)定位 塊(1)，將光學(xué)成像測(cè)頭置入每個(gè)攝像機(jī)視場(chǎng)范圍，并與基準(zhǔn)定位塊(1)對(duì)準(zhǔn)，以光學(xué)成像 測(cè)頭的測(cè)尖O)為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)光學(xué)成像測(cè)頭，光學(xué)成像測(cè)頭靶體4上的七個(gè)標(biāo)志點(diǎn)(5)以測(cè) 尖2為圓心同心旋轉(zhuǎn)，攝像機(jī)采集光學(xué)成像測(cè)頭不同姿態(tài)的多幅圖像；其次，采用閾值分割和橢圓擬合算法提取每幅圖像中的每個(gè)LED子像素的中心坐標(biāo)，采用重心法計(jì)算每個(gè)標(biāo)志 點(diǎn)5的中心坐標(biāo)；最后，根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)5的同心圓旋轉(zhuǎn)關(guān)系和已標(biāo)定的空間距離不變關(guān)系，恢 復(fù)每個(gè)攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣和畸變參數(shù)；
步驟3、重新選擇并定位空間定位點(diǎn)，調(diào)整光學(xué)成像測(cè)頭姿態(tài)，確保光學(xué)成像測(cè)頭 位于每?jī)蓚€(gè)或以上攝像機(jī)的重疊視場(chǎng)內(nèi)；在重疊視場(chǎng)內(nèi)，旋轉(zhuǎn)光學(xué)成像測(cè)頭，由視場(chǎng)重疊的 攝像機(jī)同時(shí)獲取光學(xué)成像測(cè)頭標(biāo)志點(diǎn)的LED圖像，通過圖像處理、中心識(shí)別和標(biāo)志點(diǎn)匹配， 并根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)間的幾何約束，恢復(fù)局部?jī)蓴z像機(jī)間的基本矩陣、本質(zhì)矩陣、極線幾何關(guān)系以 及旋轉(zhuǎn)矩陣、平移向量；
步驟4、以每個(gè)攝像機(jī)為結(jié)點(diǎn)，以具有重疊視場(chǎng)的每?jī)蓚€(gè)攝像機(jī)為邊，構(gòu)建多攝像 機(jī)系統(tǒng)的視覺圖，每條邊的方向由初始標(biāo)定的局部旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量確定，并由前一攝 像機(jī)指向變換后的另一攝像機(jī)；在視覺圖內(nèi)，首先確定參考攝像機(jī)，由參考攝像機(jī)開始，建 立所有攝像機(jī)之間的連接關(guān)系，采用最短路徑法計(jì)算每個(gè)攝像機(jī)相對(duì)參考攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩 陣和平移向量，實(shí)現(xiàn)多攝像機(jī)系統(tǒng)的全局初始標(biāo)定；
步驟5、根據(jù)初始標(biāo)定結(jié)果，將步驟2和步驟3采集、識(shí)別、獲取的標(biāo)志點(diǎn)反投影到 參考攝像機(jī)坐標(biāo)系，以此建立世界坐標(biāo)系中的三維標(biāo)定點(diǎn)集；采用稀疏捆綁調(diào)整算法對(duì)全 部標(biāo)定參數(shù)和三維標(biāo)定點(diǎn)集進(jìn)行優(yōu)化估計(jì)，獲取魯棒和高精度的標(biāo)定結(jié)果；
步驟6、若標(biāo)定結(jié)果已滿足測(cè)量精度要求，標(biāo)定過程結(jié)束；若不滿足，則增加光學(xué) 成像測(cè)頭定位點(diǎn)數(shù)量，重新采集圖像，將識(shí)別及重建的新的三維標(biāo)定點(diǎn)增加到原來的標(biāo)志 點(diǎn)集中，采用稀疏捆綁調(diào)整算法重新優(yōu)化全部標(biāo)定參數(shù)和三維標(biāo)定點(diǎn)集，重新標(biāo)定各參數(shù)。
所述的每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)5由六個(gè)LED組成，其重心為標(biāo)志點(diǎn)中心。
所述的步驟2包含如下步驟
步驟21、建立攝像機(jī)針孔投影模型
首先，建立世界坐標(biāo)系XwYwZw、測(cè)頭坐標(biāo)系XtYtZt、圖像坐標(biāo)尺度坐標(biāo)系xy和像素 坐標(biāo)系uv，設(shè)光學(xué)成像測(cè)頭上有N = 7個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，Z/表示標(biāo)志點(diǎn)在測(cè)頭坐標(biāo)系中坐標(biāo)，^表 示標(biāo)志點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中坐標(biāo)，(R，T)是攝像機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移參量，K是 攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣，包含5個(gè)參量，分別為水平和垂直方向焦距(fx，fy)、圖像傾斜因子s 和光心坐標(biāo)(u0，v0)，(kl，k2，dl，d2)分別為徑向和切向的畸變參數(shù)，測(cè)頭靶面(4)上的7 個(gè)標(biāo)志點(diǎn)(5)滿足如下投影關(guān)系
X1X1 = KRX1t +KTJGI( 1 )
其中，λ ^是標(biāo)志點(diǎn)j的投影深度；F表示標(biāo)志點(diǎn)j在圖像上的歸一化坐標(biāo)。
步驟22、標(biāo)定圖像采集與標(biāo)志點(diǎn)識(shí)別按照空間定位點(diǎn)選擇的原則，選擇空間定 位點(diǎn)，并固定基準(zhǔn)定位塊(1)，把光學(xué)成像測(cè)頭以測(cè)尖O)為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，使用攝像機(jī)采集不 同姿態(tài)的圖像Ii幅，采集的圖像盡量遍布攝像機(jī)的視場(chǎng)空間，采用閾值分割和橢圓擬合算 法提取每個(gè)LED光點(diǎn)的子像素中心，采用重心法估計(jì)每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的中心；
步驟23、根據(jù)同心圓半徑不變，建立每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與測(cè)尖距離的誤差函數(shù)，當(dāng) 光學(xué)成像測(cè)頭繞測(cè)尖( 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，7個(gè)標(biāo)志點(diǎn)分別以半徑rj繞測(cè)尖O)同心轉(zhuǎn)動(dòng)，由于全部 標(biāo)志點(diǎn)的位置已精確標(biāo)定，7個(gè)同心圓的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑&不變，根據(jù)同心圓半徑不變，測(cè)頭在轉(zhuǎn) 動(dòng)過程中每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)到測(cè)尖的距離不變，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)采集的Il幅圖像，每個(gè)一標(biāo)志均可得到半 徑誤差方程
權(quán)利要求
1.一種基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法，其特征在于包括以 下步驟步驟1、硬件的建立采用分布式的多個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)光學(xué)成像測(cè)頭，所有攝像機(jī)不要求有重疊的視場(chǎng)空 間，但要求至少每?jī)蓚€(gè)攝像機(jī)之間有重疊視場(chǎng)步驟2、確定每個(gè)攝像機(jī)的空間位置，為每個(gè)攝像機(jī)確定一個(gè)或多個(gè)空間定位點(diǎn)，按空 間定位點(diǎn)選擇的原則即在單攝像機(jī)或多攝像機(jī)的標(biāo)定過程中光學(xué)成像測(cè)頭均能位于所標(biāo) 定的攝像機(jī)視場(chǎng)以內(nèi)。在單攝像機(jī)的標(biāo)定中，首先在其對(duì)應(yīng)的定位點(diǎn)上安裝基準(zhǔn)定位塊 (1)，將光學(xué)成像測(cè)頭置入每個(gè)攝像機(jī)視場(chǎng)范圍，并與基準(zhǔn)定位塊(1)對(duì)準(zhǔn)，以光學(xué)成像測(cè) 頭的測(cè)尖( 為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)光學(xué)成像測(cè)頭，光學(xué)成像測(cè)頭靶體4上的七個(gè)標(biāo)志點(diǎn)(5)以測(cè)尖 2為圓心同心旋轉(zhuǎn)，攝像機(jī)采集光學(xué)成像測(cè)頭不同姿態(tài)的多幅圖像；其次，采用閾值分割和 橢圓擬合算法提取每幅圖像中的每個(gè)LED子像素的中心坐標(biāo)，采用重心法計(jì)算每個(gè)標(biāo)志點(diǎn) 5的中心坐標(biāo)；最后，根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)5的同心圓旋轉(zhuǎn)關(guān)系和已標(biāo)定的空間距離不變關(guān)系，恢復(fù) 每個(gè)攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣和畸變參數(shù)；步驟3、重新選擇并定位空間定位點(diǎn)，調(diào)整光學(xué)成像測(cè)頭姿態(tài)，確保光學(xué)成像測(cè)頭位于 每?jī)蓚€(gè)或以上攝像機(jī)的重疊視場(chǎng)內(nèi)；在重疊視場(chǎng)內(nèi)，旋轉(zhuǎn)光學(xué)成像測(cè)頭，由視場(chǎng)重疊的攝像 機(jī)同時(shí)獲取光學(xué)成像測(cè)頭標(biāo)志點(diǎn)的LED圖像，通過圖像處理、中心識(shí)別和標(biāo)志點(diǎn)匹配，并根 據(jù)標(biāo)志點(diǎn)間的幾何約束，恢復(fù)局部?jī)蓴z像機(jī)間的基本矩陣、本質(zhì)矩陣、極線幾何關(guān)系以及旋 轉(zhuǎn)矩陣、平移向量；步驟4、以每個(gè)攝像機(jī)為結(jié)點(diǎn)，以具有重疊視場(chǎng)的每?jī)蓚€(gè)攝像機(jī)為邊，構(gòu)建多攝像機(jī)系 統(tǒng)的視覺圖，每條邊的方向由初始標(biāo)定的局部旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量確定，并由前一攝像機(jī) 指向變換后的另一攝像機(jī)；在視覺圖內(nèi)，首先確定參考攝像機(jī)，由參考攝像機(jī)開始，建立所 有攝像機(jī)之間的連接關(guān)系，采用最短路徑法計(jì)算每個(gè)攝像機(jī)相對(duì)參考攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣和 平移向量，實(shí)現(xiàn)多攝像機(jī)系統(tǒng)的全局初始標(biāo)定；步驟5、根據(jù)初始標(biāo)定結(jié)果，將步驟2和步驟3采集、識(shí)別、獲取的標(biāo)志點(diǎn)反投影到參考 攝像機(jī)坐標(biāo)系，以此建立世界坐標(biāo)系中的三維標(biāo)定點(diǎn)集；采用稀疏捆綁調(diào)整算法對(duì)全部標(biāo) 定參數(shù)和三維標(biāo)定點(diǎn)集進(jìn)行優(yōu)化估計(jì)，獲取魯棒和高精度的標(biāo)定結(jié)果；步驟6、若標(biāo)定結(jié)果已滿足測(cè)量精度要求，標(biāo)定過程結(jié)束；若不滿足，則增加光學(xué)成像 測(cè)頭定位點(diǎn)數(shù)量，重新采集圖像，將識(shí)別及重建的新的三維標(biāo)定點(diǎn)增加到原來的標(biāo)志點(diǎn)集 中，采用稀疏捆綁調(diào)整算法重新優(yōu)化全部標(biāo)定參數(shù)和三維標(biāo)定點(diǎn)集，重新標(biāo)定各參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法， 其特征在于所述的每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)5由六個(gè)LED組成，其重心為標(biāo)志點(diǎn)中心。
3.如權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法，其 特征在于所述的步驟2包含如下步驟步驟21、建立攝像機(jī)針孔投影模型首先，建立世界坐標(biāo)系XwYwZw、測(cè)頭坐標(biāo)系XtYtZt、圖像坐標(biāo)尺度坐標(biāo)系xy和像素坐標(biāo) 系uv，設(shè)光學(xué)成像測(cè)頭上有N = 7個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，Z/表示標(biāo)志點(diǎn)在測(cè)頭坐標(biāo)系中坐標(biāo)，#表示 標(biāo)志點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中坐標(biāo)，(R，T)是攝像機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移參量，K是攝 像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣，包含5個(gè)參量，分別為水平和垂直方向焦距(fx，fy)、圖像傾斜因子s和光心坐標(biāo)(u0，v0)，(kl，k2，dl，d2)分別為徑向和切向的畸變參數(shù)，測(cè)頭靶面(4)上的7個(gè) 標(biāo)志點(diǎn)(5)滿足如下投影關(guān)系A(chǔ)1X1 =KRXj +KT JGI(1)其中，λ ^是標(biāo)志點(diǎn)j的投影深度；F表示標(biāo)志點(diǎn)j在圖像上的歸一化坐標(biāo)。 步驟22、標(biāo)定圖像采集與標(biāo)志點(diǎn)識(shí)別按照空間定位點(diǎn)選擇的原則，選擇空間定位點(diǎn)， 并固定基準(zhǔn)定位塊(1)，把光學(xué)成像測(cè)頭以測(cè)尖( 為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，使用攝像機(jī)采集不同姿態(tài) 的圖像Il幅，采集的圖像盡量遍布攝像機(jī)的視場(chǎng)空間，采用閾值分割和橢圓擬合算法提取 每個(gè)LED光點(diǎn)的子像素中心，采用重心法估計(jì)每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的中心；步驟23、根據(jù)同心圓半徑不變，建立每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與測(cè)尖距離的誤差函數(shù)，當(dāng)光學(xué) 成像測(cè)頭繞測(cè)尖(2)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，7個(gè)標(biāo)志點(diǎn)分別以半徑。繞測(cè)尖O)同心轉(zhuǎn)動(dòng)，由于全部標(biāo)志 點(diǎn)的位置已精確標(biāo)定，7個(gè)同心圓的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑&不變，根據(jù)同心圓半徑不變，測(cè)頭在轉(zhuǎn)動(dòng)過 程中每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)到測(cè)尖的距離不變，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)采集的Il幅圖像，每個(gè)一標(biāo)志均可得到半徑誤 差方程
4.如權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法，其 特征在于所述的步驟3包含如下步驟步驟31、重疊視場(chǎng)內(nèi)測(cè)頭標(biāo)志點(diǎn)圖像采集重新選擇并定位空間定位點(diǎn)(L1、L2、...), 調(diào)整光學(xué)成像測(cè)頭姿態(tài)，確保其位于每?jī)蓚€(gè)或以上攝像機(jī)的重疊視場(chǎng)內(nèi)，旋轉(zhuǎn)光學(xué)成像測(cè) 頭，由在該區(qū)域內(nèi)視場(chǎng)重疊的攝像機(jī)同時(shí)獲取測(cè)頭標(biāo)志點(diǎn)立體圖像；步驟32、立體圖像標(biāo)志點(diǎn)識(shí)別與匹配采用閾值分割和橢圓擬合算法提取每個(gè)LED光 點(diǎn)的子像素中心，采用重心法估計(jì)每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的中心；根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)位置約束和幾何矩不變 規(guī)則，快速匹配立體圖像對(duì)的標(biāo)志點(diǎn)；步驟33、估計(jì)基本矩陣、極線幾何關(guān)系假設(shè)兩攝像機(jī)Cl和C2有重疊的視場(chǎng)空間，不失一般性，設(shè)世界坐標(biāo)的原點(diǎn)位于攝像機(jī) Cl的中心，攝像機(jī)Cl的位姿為(R1, T1) = (1，0)，攝像機(jī)02的位姿為(R2, T2)，兩攝像機(jī)的 相對(duì)關(guān)系為(R，T)。則兩攝像機(jī)獲取的同名標(biāo)志點(diǎn)j的圖像坐標(biāo)釕、乓之間有如下關(guān)系 A^x12= AIK2R2K^+K2T2(4)從該式估計(jì)未知尺度參數(shù)/I/和4 ,并得到礦符/ = 0 ,其中F = Ir2X2jR^1-1即是要求的 基本矩陣，如有足夠的標(biāo)志點(diǎn)對(duì)，線性求解基本矩陣的9個(gè)參量。同時(shí)，在步驟2中，兩攝像 機(jī)Cl和C2的內(nèi)參數(shù)矩陣K1, K2已經(jīng)標(biāo)定，使用坐標(biāo)值χ/ =KT1Xj, (i = 1,2)估計(jì)立體圖像 的極線約束關(guān)系
5.如權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法，其 特征在于所述的步驟4包含如下步驟步驟41、根據(jù)圖理論，構(gòu)建多攝像機(jī)系統(tǒng)的視覺圖以每個(gè)攝像機(jī)為結(jié)點(diǎn)，以具有重疊視場(chǎng)的每?jī)蓚€(gè)攝像機(jī)為邊，構(gòu)建多攝像機(jī)系統(tǒng)的視 覺圖，在視覺圖中，每條邊的方向暫時(shí)由初始標(biāo)定的局部旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量確定，并由前 一攝像機(jī)指向變換后的另一攝像機(jī)；步驟42、確定參考攝像機(jī)，重新建立攝像機(jī)之間的連接關(guān)系在視覺圖內(nèi)，確定一個(gè)參考攝像機(jī)，參考攝像機(jī)選擇時(shí)考慮與相鄰攝像機(jī)的關(guān)系，由參 考攝像機(jī)開始，重新調(diào)整和建立攝像機(jī)之間的連接關(guān)系；步驟43、采用最短路徑法確定每個(gè)攝像機(jī)在參考攝像機(jī)坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)和平移量； 使用最短路徑求解從參考攝像機(jī)到每個(gè)攝像機(jī)的絕對(duì)位置，設(shè)Ci, Cj, Ck是視覺圖某一 路徑上的相互聯(lián)接的攝像機(jī)，對(duì)已標(biāo)定的兩兩攝像機(jī)，分別得到從Ci到Cj和Cj到Ck的變換 矩陣(Rij, Tij)和(Rjk，Tjk)，從Ci到Ck的關(guān)系由下式計(jì)算 Rik = RijRjk' Tik = Tij^RijTjk(9)如果從參考攝像機(jī)的路徑上的結(jié)點(diǎn)多余兩個(gè)，則多次使用上式求解，完成所有攝像機(jī) 相對(duì)于參考攝像機(jī)的絕對(duì)標(biāo)定。
6.如權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法，其 特征在于所述的步驟5包含如下步驟步驟51、獲取初始三維標(biāo)定點(diǎn)集由步驟22和步驟32，采集并識(shí)別標(biāo)志點(diǎn)在所有攝像機(jī)中不同標(biāo)定點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，根據(jù) 前4步獲得的全部標(biāo)定參數(shù)，反投影得到一個(gè)三維稀疏標(biāo)定點(diǎn)集，由于標(biāo)定中使用了多攝 像機(jī)的簡(jiǎn)單連接關(guān)系，這個(gè)重建的三維稀疏標(biāo)定點(diǎn)集和標(biāo)定參數(shù)均存在誤差； 步驟52、構(gòu)建反投影誤差函數(shù)假設(shè)有η個(gè)三維坐標(biāo)點(diǎn)和m個(gè)攝像機(jī)，第i個(gè)點(diǎn)在第j個(gè)攝像機(jī)圖像上的投影坐標(biāo)為 Xij,每個(gè)攝像機(jī)的參數(shù)由向量…表示，每個(gè)三維點(diǎn)可用向量h表示，函數(shù)Q (，)定義三維點(diǎn) 在攝像機(jī)像面上的投影，函數(shù)d(x，y)代表圖像點(diǎn)χ和y之間的歐氏距離，根據(jù)射影幾何關(guān) 系，建立如下的反投影誤差函數(shù)
7.如權(quán)利要求5所述的基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法，其 特征在于所述的反投影誤差函數(shù)是一個(gè)包含有P e □ μ參數(shù)向量的非線性最小化問題， P e Rm參數(shù)向量由所有攝像機(jī)的位姿參數(shù)和三維測(cè)量點(diǎn)集X e □ N組成。
全文摘要
一種基于光學(xué)成像測(cè)頭和視覺圖結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法，利用光學(xué)成像測(cè)頭對(duì)各攝像進(jìn)行獨(dú)立標(biāo)定，得到各攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和畸變參數(shù)初值；對(duì)多攝像機(jī)進(jìn)行兩兩標(biāo)定，采用線性估計(jì)方法得到視場(chǎng)有重疊區(qū)域的兩個(gè)攝像機(jī)間的基本矩陣、極線約束、旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量；根據(jù)圖理論和視覺圖結(jié)構(gòu)建立多攝像機(jī)間的連接關(guān)系，采用最短路徑方法估計(jì)每個(gè)攝像機(jī)相對(duì)于參考攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)和平移向量初值；運(yùn)用稀疏捆綁調(diào)整算法對(duì)所有攝像機(jī)的全體內(nèi)外參數(shù)和采集的光學(xué)成像測(cè)頭的三維標(biāo)志點(diǎn)集進(jìn)行優(yōu)化估計(jì)，得到高精度的標(biāo)定結(jié)果。本發(fā)明標(biāo)定過程簡(jiǎn)單，由局部到全局、由粗到精，實(shí)現(xiàn)了高精度和魯棒的標(biāo)定，適用于不同測(cè)量范圍、不同分布結(jié)構(gòu)的多攝像機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)定。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102034238SQ20101058526
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者李進(jìn)軍, 趙宏 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)