本發(fā)明涉及三維測量領(lǐng)域，具體涉及基于雙目視角的三維測量雙攝像機標定方法。
背景技術(shù)：
在基于計算機視角的三維測量中，通常是采用攝像機拍攝攜帶有物體三維信息的二維圖像，并結(jié)合攝像機參數(shù)，由二維圖像中像素點的坐標，加上二維圖像上的該點位置和空間物體表面相應(yīng)點的幾何位置關(guān)系，恢復(fù)物體的三維坐標。在雙目相機的標定過程中，需要對兩個相機的位置關(guān)系進行獲取。如何確定二維圖像上的點位置和空間物體表面相應(yīng)點的幾何位置關(guān)系，取決于攝像機模型的參數(shù)。攝像機標定可以說就是確定攝像機參數(shù)的過程。傳統(tǒng)的雙目相機標定是在世界坐標系中對兩個相機的外部參數(shù)進行標定，過程復(fù)雜計算量龐大。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供基于雙目視角的三維測量雙攝像機標定方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中對雙目相機進行標定時計算量龐大的問題，實現(xiàn)僅需求解兩個相機的相對位置即能完成雙目標定的目的。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
基于雙目視角的三維測量雙攝像機標定方法，包括以下步驟：
(a)設(shè)置左、右相機，分別求解出左、右相機的外部參數(shù)：其中右相機的外部參數(shù)為rr、tr；左相機的外部參數(shù)為rl、tl；
(b)選取任意點p作為參照點，設(shè)定點p在空間坐標系、左相機坐標系、右相機坐標系中的非齊次坐標分別為xw、xl、xr，將xw、xl、xr帶入xr＝rrrl-1xl+tr-rrrl-1tl公式中；
(c)將右相機坐標xr看作攝像機坐標，將左相機坐標xl看作空間坐標系，帶入上式中得到左、右相機的位置關(guān)系：xr＝r'xl+t'；其中r'＝rrrl-1，t'＝tr-rrrl-1tl。
針對現(xiàn)有技術(shù)中對雙目相機進行標定時計算量龐大的問題，本發(fā)明提出一種基于雙目視角的三維測量雙攝像機標定方法，本方法首先獨立求解出左、右相機各自的外部參數(shù)rr、tr、rl、tl。再在空間中選取一個參照點p，點p在空間坐標系、左相機坐標系、右相機坐標系中的非齊次坐標分別為xw、xl、xr，將xw、xl、xr帶入xr＝rrrl-1xl+tr-rrrl-1tl公式中。該公式基于空間坐標系與攝像機坐標系的關(guān)系推導(dǎo)而出。再將右相機坐標xr看作攝像機坐標，將左相機坐標xl看作空間坐標系，將左相機坐標看作已知量，得到左、右相機的位置關(guān)系：xr＝r'xl+t'，其中r'＝rrrl-1，t'＝tr-rrrl-1tl。從而便得到了兩個相機之間的相對位置關(guān)系，克服了傳統(tǒng)計算方法中需要經(jīng)過多次矩陣轉(zhuǎn)換才能得到兩個相機之間的相對位置關(guān)系的缺陷，極大程度上降低了計算量、提高了計算效率，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著進步。
優(yōu)選的，左、右相機的外部參數(shù)通過下述方法求解：制作n副黑白棋盤標定板圖像，其中n≥3；對每副標定板圖像建立一個與單個相機對應(yīng)的映射矩陣h，h＝a[r、t]；其中h表示標定板在空間中某個特征點m處、和在該位置采集的圖像上的二維圖像點m的對應(yīng)關(guān)系：a代表攝像機的內(nèi)部參數(shù)；r、t均為攝像機的外部參數(shù)；通過每副標定板圖像所建立起來的映射矩陣h，建立線性方程，解得單個攝像機的內(nèi)部參數(shù)a，進而通過h＝a[r、t]解得單個攝像機的外部參數(shù)r、t。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，給出了一種快速獲取單個相機外部參數(shù)的方法：首先制作n副黑白棋棋盤作為標定板圖像，對每副標定板圖像建立一個映射矩陣h，映射矩陣h中包括了代表攝像機內(nèi)部參數(shù)的未知數(shù)a、代表外部參數(shù)的r、t。映射矩陣h表明了二維圖像上的該點位置和空間物體表面相應(yīng)點的幾何位置關(guān)系，用以恢復(fù)三維坐標。通過每副標定板圖像所建立起來的映射矩陣h，建立線性方程。由于根據(jù)h＝a[r、t]可以推導(dǎo)出攝像機內(nèi)部參數(shù)a的矩陣約束關(guān)系方程，關(guān)系方程中具有六個未知數(shù)，因此要求解六個未知數(shù)的唯一解，至少需要六個線性方程，因此至少需要三幅標定板圖像，因此本方法中n≥3才能滿足求解需要。通過每副標定板圖像所建立起來的映射矩陣h，建立線性方程，解得攝像機的內(nèi)部參數(shù)a后，再根據(jù)h＝a[r、t]解得攝像機的外部參數(shù)r、t，從而能夠一次性的獲得攝像機的內(nèi)部參數(shù)與外部參數(shù)。此外，還可以通過最大似然估計法，對攝像機的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)進行優(yōu)化，得到最終結(jié)果，實現(xiàn)對單個攝像機的標定。
公式xr＝rrrl-1xl+tr-rrrl-1tl由空間坐標系與攝像機坐標系的關(guān)系推導(dǎo)而來。由空間坐標系與攝像機坐標系的關(guān)系x＝rx+t得出：xr＝rrxw+tr，xl＝rlxw+tl；進而推導(dǎo)出xr＝rrrl-1xl+tr-rrrl-1tl。其中，空間坐標系與攝像機坐標系的關(guān)系可由如下矩陣表示：
上式中，(xw、yw、zw)為空間坐標系坐標，(xc、yc、zc)為攝像機坐標系坐標，r是3×3的正交單位旋轉(zhuǎn)矩陣，t是平移向量。根據(jù)上式矩陣即可獲得空間坐標系與攝像機坐標系的關(guān)系x＝rx+t。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：
1、本發(fā)明基于雙目視角的三維測量雙攝像機標定方法，克服了傳統(tǒng)計算方法中需要經(jīng)過多次矩陣轉(zhuǎn)換才能得到兩個相機之間的相對位置關(guān)系的缺陷，極大程度上降低了計算量、提高了計算效率，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著進步。
2、本發(fā)明基于雙目視角的三維測量雙攝像機標定方法，通過每副標定板圖像所建立起來的映射矩陣h，建立線性方程，解得攝像機的內(nèi)部參數(shù)a后，再根據(jù)h＝a[r、t]解得攝像機的外部參數(shù)r、t，從而能夠快速簡單的獲得攝像機的外部參數(shù)。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：
圖1為本發(fā)明具體實施例的流程示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。
實施例1：
如圖1所示的基于雙目視角的三維測量雙攝像機標定方法，包括以下步驟：
(a)設(shè)置左、右相機，分別求解出左、右相機的外部參數(shù)：其中右相機的外部參數(shù)為rr、tr；左相機的外部參數(shù)為rl、tl；(b)選取任意點p作為參照點，設(shè)定點p在空間坐標系、左相機坐標系、右相機坐標系中的非齊次坐標分別為xw、xl、xr，將xw、xl、xr帶入xr＝rrrl-1xl+tr-rrrl-1tl公式中；(c)將右相機坐標xr看作攝像機坐標，將左相機坐標xl看作空間坐標系，帶入上式中得到左、右相機的位置關(guān)系：xr＝r'xl+t'，其中r'＝rrrl-1，t'＝tr-rrrl-1tl。其中，左、右相機的外部參數(shù)通過下述方法求解：制作n副黑白棋盤標定板圖像，其中n≥3；對每副標定板圖像建立一個與單個相機對應(yīng)的映射矩陣h，h＝a[r、t]；其中h表示標定板在空間中某個特征點m處、和在該位置采集的圖像上的二維圖像點m的對應(yīng)關(guān)系：a代表攝像機的內(nèi)部參數(shù)；r、t均為攝像機的外部參數(shù)；通過每副標定板圖像所建立起來的映射矩陣h，建立線性方程，解得單個攝像機的內(nèi)部參數(shù)a，進而通過h＝a[r、t]解得單個攝像機的外部參數(shù)r、t。公式xr＝rrrl-1xl+tr-rrrl-1tl由空間坐標系與攝像機坐標系的關(guān)系推導(dǎo)而來。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)計算方法中需要經(jīng)過多次矩陣轉(zhuǎn)換才能得到兩個相機之間的相對位置關(guān)系的缺陷，極大程度上降低了計算量、提高了計算效率，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著進步。此外，本發(fā)明通過每副標定板圖像所建立起來的映射矩陣h，建立線性方程，解得攝像機的內(nèi)部參數(shù)a后，再根據(jù)h＝a[r、t]解得攝像機的外部參數(shù)r、t，從而能夠快速簡單的獲得攝像機的外部參數(shù)。
以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。