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)置于兩攝像機的交叉視場中，分別調(diào)節(jié)兩攝像機的鏡頭使對準(zhǔn)平面處在靶標(biāo)所在位置；在對準(zhǔn)平面處分別對兩攝像機進行第一次標(biāo)定，從而獲得兩攝像機的外部參數(shù)；將靶標(biāo)分別置于兩攝像機的近景區(qū)域以進行第二次標(biāo)定，從而分別獲得兩攝像機的內(nèi)部參數(shù)；根據(jù)第一次標(biāo)定獲得的兩攝像機的外部參數(shù)以及第二次標(biāo)定獲得的兩攝像機的內(nèi)部參數(shù)，計算出兩攝像機的標(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)定法完成各攝像機更高精度標(biāo)定，進而完成系統(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)明涉及計算機視覺檢測【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]雙目立體視覺測量技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的計算機視覺技術(shù)之一，該技術(shù)模仿人眼系統(tǒng)而設(shè)計的立體視覺系統(tǒng)，其主要原理是:兩臺攝像機在不同角度對同一靶標(biāo)進行拍攝，獲得兩幅圖像，即立體圖像對，計算靶標(biāo)在兩相機中的視差，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，2、第二攝像機，3、第一鏡頭,4、第二鏡頭,5、橫梁。第一攝像機I和第二攝像機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I和第二攝像機2上。
[0004]雙目立體視覺系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)定后才能使用。首先需要對兩臺攝像機進行標(biāo)定，再利用標(biāo)定結(jié)果完成系統(tǒng)標(biāo)定。空間物體表面某點的三維幾何位置與其在圖像中對應(yīng)點之間的相互關(guān)系是由攝像機成像的幾何模型決定的，這些幾何模型參數(shù)就是攝像機參數(shù)。在大多數(shù)條件下，這些參數(shù)必須通過實驗與計算才能得到，這個過程被稱為攝像機標(biāo)定。攝像機標(biāo)定的目的是獲取攝像機的內(nèi)外參數(shù)，然后通過獲得的內(nèi)外參數(shù)進行計算后得到攝像機的標(biāo)定參數(shù)，最終完成系統(tǒng)標(biāo)定?，F(xiàn)有攝像機標(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)有攝像機標(biāo)定算法已經(jīng)達到較高的精度，如RAC兩步法，平均精度達1/4000，深度方向精度可達1/8000。
[0005]在攝像機標(biāo)定時，需要建 立攝像機模型。攝像機模型分為兩種，一種是線性攝像機模型，該模型描述理想幾何成像關(guān)系，不能準(zhǔn)確描述實際成像中存在的畸變；另一種是非線性攝像機模型，該模型描述實際幾何成像關(guān)系，能夠準(zhǔn)確描述實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O1定義在攝像機光軸與圖像平面的交點，該點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)置于兩攝像機的交叉視場中，分別調(diào)節(jié)兩攝像機的鏡頭使對準(zhǔn)平面處在靶標(biāo)所在位置； 52、在對準(zhǔn)平面處分別對兩攝像機進行第一次標(biāo)定，從而獲得兩攝像機的外部參數(shù)； 53、將靶標(biāo)分別置于兩攝像機的近景區(qū)域以進行第二次標(biāo)定，從而分別獲得兩攝像機的內(nèi)部參數(shù)； 54、根據(jù)第一次標(biāo)定獲得的兩攝像機的外部參數(shù)以及第二次標(biāo)定獲得的兩攝像機的內(nèi)部參數(shù)，計算出兩攝像機的標(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)置于兩攝像機的交叉視場中，移動靶標(biāo)使其盡量大的占據(jù)兩攝像機的像面； 512、調(diào)節(jié)第一攝像機的鏡頭，使第一攝像機中的靶標(biāo)圖像最清晰，從而使第一攝像機的對準(zhǔn)平面處在靶標(biāo)所在位置； 513、調(diào)節(jié)第二攝像機的鏡頭，使第二攝像機中的靶標(biāo)圖像最清晰，從而使第二攝像機的對準(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、在對準(zhǔn)平面處利用RAC兩步法對第一攝像機進行第一次標(biāo)定，得到第一攝像機的外部參數(shù)矩陣Μ。A/flRl t1"

Μ—_ =—

一 Oj I 其中，R1是第一攝像機的旋轉(zhuǎn)矩陣，t1是第一攝像機的平移向量； 522、在對準(zhǔn)平面處利用RAC兩步法對第二攝像機進行第一次標(biāo)定，得到第二攝像機的外部參數(shù)矩陣M「R t2"
其中，R2是第二攝像機的旋轉(zhuǎn)矩陣，t2是第二攝像機的平移向量。
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)放在第一攝像機的近景區(qū)域，利用RAC兩步法對第一攝像機進行第二次標(biāo)定，得到第一攝像機的徑向畸變系數(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是第一攝像機的圖像平面橫軸上尺度因子，?:是第一攝像機的圖像平面縱軸上尺度因子，(U10，V；)是第一攝像機的圖像平面的中心點坐標(biāo)； S32、將靶標(biāo)放在第二攝像機的近景區(qū)域，利用RAC兩步法對第二攝像機進行第二次標(biāo)定，得到第二攝像機的徑向畸變系數(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，得到第一攝像機的投影矩陣M1 =M)? 從而獲得第一攝像機的標(biāo)定參數(shù)(M1，k1)；542:將第二攝像機的第一次標(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，得到第二攝像機的投影矩陣M2 *M 從而獲得第二攝像機的標(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，所述交叉視場是物空間中能同時在兩攝 像機中成像的區(qū)域；所述對準(zhǔn)平面是物空間與景象平面相共軛的平面，而攝像機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最近的平面；所述遠景區(qū)域是指遠景平面和對準(zhǔn)平面之間形成的區(qū)域；其中，所述遠景平面是指物空間中能成清晰圖像的離攝像機最遠的平面。
【文檔編號】G06T7/00GK103473758SQ201310173452
【公開日】2013年12月25日 申請日期: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 申請人:中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所