本發(fā)明屬于鏡頭標定，具體地說，本發(fā)明涉及一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法。

背景技術：

1、單目視覺系統(tǒng)通過將三維物理世界成像至二維圖像平面，能夠獲得場景的顏色和紋理信息，但缺失深度信息。雙目視覺系統(tǒng)類似于人類視覺系統(tǒng)，利用兩個相機同時拍攝場景圖像，通過立體匹配算法計算場景視差圖，再根據(jù)兩個相機的內(nèi)外參數(shù)恢復出場景的深度信息。由此可見，雙目視覺的精度依賴于雙目相機的內(nèi)外參數(shù)，內(nèi)參數(shù)一般包括焦距、主點、畸變等參數(shù)，外參數(shù)一般包括旋轉(zhuǎn)矩陣、平移向量等參數(shù)，因此雙目視覺的標定精度直接影響其測量性能。

2、傳統(tǒng)雙目標定方法一般采用平面標靶，如棋盤格、圓陣列等，通過提取平面標靶的特征點、建立三維世界坐標至二維圖像坐標的投影方程，解算出兩個相機的內(nèi)外參數(shù)。然而傳統(tǒng)雙目標定方法存在兩個限制：首先，傳統(tǒng)雙目標定方法要求兩個相機采集到平面標靶的清晰圖像，以保證左右圖像的特征點提取精度；其次，傳統(tǒng)雙目標定方法通常要求兩個相機采集到平面標靶的完整圖像，以保證左右圖像的特征點匹配準確性。上述限制導致傳統(tǒng)雙目標定方法的靈活性偏低，使其不適用于景深范圍窄、公共視場小的雙目視覺系統(tǒng)。因此如何能夠突破上述限制，確保離焦模糊狀態(tài)下標靶特征點提取精度，并充分利用非公共視場內(nèi)的標靶特征點，對于提升雙目標定靈活性具重要的意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，以解決上述背景技術中存在的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，具體包括以下步驟：

3、步驟s1：搭建雙目視覺標定系統(tǒng)，包括左相機、右相機、液晶屏幕；左相機和右相機固定在一起，相對位置保持不變；液晶屏幕用于顯示標靶圖像，主要包括3幅圓條紋圖像i1(x,y)、i2(x,y)、i3(x,y)和2幅編碼圓圖像i4(x,y)、i5(x,y)，其中圓條紋用于圓心特征點提取，編碼圓用于圓心特征點排序；

4、步驟s2：液晶屏幕依次顯示圓條紋圖像與編碼圓圖像，左相機和右相機分別采集圓條紋圖像與編碼圓圖像；隨機改變液晶屏幕方位3次或以上，左相機和右相機重復采集圓條紋圖像與編碼圓圖像；

5、步驟s3：針對左相機和右相機的每個拍攝方位下，利用3步相移法恢復出圓條紋相位φ(x,y)和平均強度a(x,y)，利用相位重心法提取初始的圓心特征點，然后使用其n×n鄰域像素擬合二元四次函數(shù)fk(x,y)，并尋找二元四次函數(shù)fk(x,y)取最小值時對應的自變量值作為精確的圓心特征點(xk,yk)；

6、步驟s4：結(jié)合編碼圓圖像i4(x,y)、i5(x,y)和平均強度a(x,y)，利用2+1相移法恢復出編碼圓相位θ(x,y)，進而確定圓條紋或圓心次序k(x,y)；

7、步驟s5：根據(jù)圓心特征點的圖像坐標(xk,yk)和次序k(x,y)，建立圓心特征點的三維世界坐標(xk,yk,zk)和二維圖像坐標(xk,yk)的一一映射關系，根據(jù)張正友標定法計算出左相機和右相機的內(nèi)外參數(shù)。

8、進一步的，所述步驟s1中，液晶屏幕顯示的圓條紋圖像可表示為：

9、i1(x,y)＝128+127cos[2πrk(x,y)/r]；

10、i2(x,y)＝128+127cos[2πrk(x,y)/r+2π/3]；

11、i3(x,y)＝128+127cos[2πrk(x,y)/r+4π/3]；

12、式中：(x,y)表示圖像坐標；k＝1,2,...,k表示圓條紋或特征點次序，k表示圓條紋數(shù)目；r表示圓條紋周期；rk(x,y)表示圓條紋半徑，其數(shù)學表達式可進一步表示為：

13、

14、式中：(xk,yk)表示第k個圓條紋的圓心特征點坐標。

15、進一步的，所述步驟s1中，液晶屏幕顯示的編碼圓圖像可表示為：

16、i4(x,y)＝128+127sin[2πk(x,y)/k+2π/k]；

17、i5(x,y)＝128+127cos[2πk(x,y)/k+2π/k]；

18、圓心特征點次序可以嵌入至編碼圓圖像，每個圓條紋對應不同的編碼相位。

19、進一步的，所述步驟s2中，左相機和右相機采集標靶圖像時，不要求將標靶放置于兩個相機的景深范圍內(nèi)，拍攝到清晰或者標靶圖像均可；同時不要求將標靶放置于兩個相機的公共視場內(nèi)，每個相機能夠拍攝到局部的標靶圖像即可。

20、進一步的，所述步驟s3中，圓條紋相位φ(x,y)的計算公式如下：

21、

22、相對于圓條紋強度，圓條紋相位受到離焦模糊影響小，因此標定過程中不需要將標靶圖像放置于左相機和右相機的景深范圍內(nèi)，有效地提升了標定靈活性。

23、進一步的，所述步驟s3中，圓條紋相位a(x,y)的計算公式如下：

24、a(x,y)＝[i1(x,y)+i2(x,y)+i3(x,y)]/3。

25、進一步的，所述步驟s3中，利用相位重心法時，首先計算圓條紋互補相位：

26、

27、式中：e表示相位閾值，其取值范圍為e∈[0.5π,1.5π]；f表示強度閾值，其作用是判斷該像素點是否位于圓條紋區(qū)域；通過提取圓條紋互補相位的相位重心(cx,cy)即可作為初始的圓心特征點，對應的計算公式如下；

28、

29、式中：ωk表示第k個圓條紋對應的掩膜區(qū)域，通過強度閾值f和連通域標記算法確定。

30、進一步的，所述步驟s4中，編碼圓相位θ(x,y)的計算公式如下：

31、

32、進一步的，所述步驟s4中，圓心特征點次序k(x,y)的計算公式如下：

33、

34、式中：式中round表示四舍五入函數(shù)；因為特征點次序k(x,y)只和對應的圓條紋和編碼圓相關，與其他圓條紋和編碼圓無關，所以標定過程中不需要將標靶圖像放置于左相機和右相機的公共視場范圍內(nèi)，有效地提升了標定靈活性。

35、進一步的，所述步驟s5中，根據(jù)圓心特征點次序k(x,y)，便可確定圓心特征點的三維世界坐標如下：

36、(xk,yk,zk)＝[floor(k/m),mod(k,m),0]×d；

37、式中：floor表示向下取整函數(shù)；mod表示取余函數(shù)；d表示相鄰圓心特征點的物理距離；進一步地，當圓心特征點的二維圖像坐標(xk,yk)與三維世界坐標(xk,yk,zk)的一一映射關系確定以后，利用經(jīng)典的張正友標定法計算左相機和右相機的內(nèi)外參數(shù)。

38、采用以上技術方案的有益效果是：

39、1、本發(fā)明提供的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，所設計的基于相位編碼的圓條紋陣列標靶，能夠確保離焦模糊狀態(tài)下特征點提取精度，并唯一確定每個圓心特征點的三維空間坐標，具有精度高、適用性好、靈活性強的優(yōu)點。

技術特征：

1.一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s1中，液晶屏幕顯示的圓條紋圖像可表示為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s1中，液晶屏幕顯示的編碼圓圖像可表示為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s2中，左相機和右相機采集標靶圖像時，不要求將標靶放置于兩個相機的景深范圍內(nèi)，拍攝到清晰或者標靶圖像均可；同時不要求將標靶放置于兩個相機的公共視場內(nèi)，每個相機能夠拍攝到局部的標靶圖像即可。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s3中，圓條紋相位φ(x,y)的計算公式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s3中，圓條紋相位a(x,y)的計算公式如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s3中，利用相位重心法時，首先計算圓條紋互補相位：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s4中，編碼圓相位θ(x,y)的計算公式如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s4中，圓心特征點次序k(x,y)的計算公式如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，其特征在于：所述步驟s5中，根據(jù)圓心特征點次序k(x,y)，便可確定圓心特征點的三維世界坐標如下：

技術總結(jié)
本發(fā)明公開的一種雙目視覺測量系統(tǒng)標定方法，所設計的基于相位編碼的圓條紋陣列標靶，能夠確保離焦模糊狀態(tài)下特征點提取精度，并唯一確定每個圓心特征點的三維空間坐標，具有精度高、適用性好、靈活性強的優(yōu)點。

技術研發(fā)人員：王夢宇,王玉偉,柴明鋼,王飛,郭狀,謝成峰,譚慶貴,杜麗軍,伏燕軍
受保護的技術使用者：南昌航空大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26