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专利号: 2019114072440
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无共同视野多相机系统外参标定方法,用于汽车辅助驾驶领域多相机系统外参的确定、工业监测领域多相机系统外参的确定,所述外参是指各相机坐标系之间的旋转平移变换关系,其特征在于,包括以下步骤:

1)固定ID唯一的ArUco二维码标签标记于待标定相机机身,ArUco是一种二维码标签,借助辅助相机与标定板分别得到ArUco标记到辅助相机的外参、辅助相机到待标定相机的外参,从而获得待标定相机与自身ArUco标记的外参;

2)将待标定相机ArUco标记视为地图点,利用基于ArUco标记的SLAM系统完成建图,地图中包括了各ArUco标记与地图原点的旋转平移变换关系,即可获得ArUco标记两两之间的外参;

3)根据标定待标定相机与自身ArUco标记的外参以及各ArUco标记之间的外参,间接求得待标定相机间的外参,完成标定过程。

2.根据权利要求1所述的一种无共同视野多相机系统外参标定方法,其特征在于,所述步骤1)固定ID唯一的ArUco标记于待标定相机机身,借助辅助相机与标定板分别得到ArUco标记到辅助相机的外参、辅助相机到待标定相机的外参,从而获得待标定相机与自身ArUco标记的外参,步骤为:

11)将不同的ArUco标记固定于待标定相机机身,ArUco标记经图像处理后可获得其ID编码;

12)设置固定的辅助相机,保证待标定相机和辅助相机之间存在共同视野且辅助相机可拍摄到待标定相机机身上的ArUco标记,同时,在待标定相机和辅助相机之间的共同视野中固定一个棋盘格标定板,保证待标定相机和辅助相机都能捕获棋盘格标定板的完整图像;

13)标定辅助相机和ArUco标记,用辅助相机捕获相机上ArUco标记的图像,计算ArUco标记到辅助相机的外参TM;

14)标定辅助相机和棋盘格标定板,用辅助相机捕获棋盘格标定板的图像,利用张正友标定法计算辅助相机到棋盘格标定板的外参TC1;

15)标定待标定相机与棋盘格标定板,用待标定相机捕获棋盘格标定板的图像,利用张正友标定法计算棋盘格标定板到待标定相机的外参TC2;

16)标定辅助相机和待标定相机,根据已经得到辅助相机到棋盘格标定板的外参和棋盘格标定板到待标定相机的外参,辅助相机到待标定相机的外参TS可表示为TS=TC1·TC2;

17)求解ArUco标记与待标定相机的外参,根据已经计算出的辅助相机到待标定相机的外参TS和ArUco标记到辅助相机的外参TM,则ArUco标记到待标定相机的外参TCM可表示为TCM=TS·TM;

18)重复上述步骤11)至17),直到计算出所有待标定相机与其自身ArUco标记之间的外参。

3.根据权利要求1所述的一种无共同视野多相机系统外参标定方法,其特征在于,所述步骤1)将不同的ArUco标记固定于待标定相机机身,ArUco标记经图像处理后可获得其ID编码,具体包括:对ArUco标记图像进行透视变换,得到标记图像正视图,然后,对正视图用Ossu阈值化以分离白色和黑色位;正视图根据ArUco标记大小和边界大小被分为许多不同格子,通过统计落在每个格子中的黑白像素数目来决定这是黑色还是白色的位;最终,分析这些位来得到每个ArUco的编码ID。

4.根据权利要求2所述的一种无共同视野多相机系统外参标定方法,其特征在于,所述步骤13)标定辅助相机和ArUco标记,用辅助相机捕获相机上ArUco标记的图像,计算ArUco标记到辅助相机的外参,步骤为:

31)辅助相机拍摄到的图像数据阈值化,获取ArUco标记的轮廓,并近似为四边形,得到ArUco标记的四个角点的像素坐标;

32)以ArUco标记中心为世界坐标原点,获得ArUco标记的四角点的空间坐标;

33)根据单目相机投影模型如公式(1)所示,其中(u,v)为空间中某点在像素平面的像素坐标,其空间坐标为(X,Y,Z),K为相机内参,T为相机到该点的外参,将ArUco标记四角点的空间坐标及像素坐标代入(1)式求解,得到辅助相机到ArUco标记的外参TM;

5.根据权利要求4所述的一种无共同视野多相机系统外参标定方法,其特征在于,所述步骤31)辅助相机拍摄到的图像数据阈值化,获取ArUco标记的轮廓,并近似为四边形,得到ArUco标记的四个角点的像素坐标,具体包括:用辅助相机捕获相机上Markeri的图像,对图像数据阈值化,获取Markeri的轮廓,并近似为四边形,得到Markeri的四个角点的像素坐标(u1,v1),(u2,v2),(u3,v3),(u4,v4);以Markeri中心为世界坐标原点,其四角点三维坐标已知分别为 其中s为Markeri边长。

6.根据权利要求1所述的一种无共同视野多相机系统外参标定方法,其特征在于,所述步骤2)将待标定相机ArUco标记视为地图点,利用基于ArUco标记的SLAM系统完成建图,地图中包括了各ArUco标记与地图原点的旋转平移变换关系,即可获得各ArUco标记之间的外参,具体包括:

21)将待标定相机机身上的ArUco标记视为地图点,利用单目相机检测ArUco标记,求取单目相机当前位姿,并将ArUco标记中点作为地图的坐标原点,完成单目SLAM系统的初始化;

22)进行针对ArUco标记的跟踪,与单目相机、局部地图的优化,因为每个ArUco标记的ID具有唯一性,故当前帧与之前帧针对ArUco标记的匹配可利用其ID的唯一性实现,若匹配成功,则将上一帧的单目相机位姿作为当前帧的位姿初始值,利用局部光束法平差来优化当前帧位姿;若未匹配成功,则利用匀速直线运动模型来估计当前帧位姿,并使用局部光束法平差来优化当前帧位姿;

23)局部光束法平差来优化策略为是利用ArUco标记在局部地图中的三维空间姿态以及单目相机当前帧位姿来优化重投影误差,使局部重投影误差最小;

24)结束基于ArUco建图过程,生成全局地图,再进行一次全局光束法平差,优化地图中所有ArUco标记以及帧的位姿,完成建图,保存全局地图中所有ArUco标记的相对于地图原点的位姿;

25)求解地图中各ArUco标记之间的外参,假设第i个标记的在地图中的位姿为Posei,第j个标记在地图中的位姿为Posej,则地图中任意两ArUco标记的外参Ti→j可表示为Ti→j=Posei·Posej。

7.根据权利要求1所述的一种无共同视野多相机系统外参标定方法,其特征在于,所述步骤3)根据标定待标定相机与自身ArUco标记的外参以及各ArUco标记之间的外参,间接求得待标定相机间的外参,完成标定过程,具体包括:假设第i个待标定相机与自身ArUco标记的外参为Ti,第j个待标定相机与自身ArUco标记的外参为Tj,任意两标记之间的为参为间的外参为Ti→j,则第i个与第j个待标定相机之间的外参可表示为Ti·Ti→j·Tj,故任意两相机之间的外参均可求得,完成无共同视野的多相机系统标定工作。

8.一种介质,该介质内部存储计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器读取时,执行上述权利要求1~7任一项的方法。

9.一种无共同视野多相机系统外参标定系统,用于汽车辅助驾驶领域多相机系统外参的确定、工业监测领域多相机系统外参的确定,所述外参是指各相机坐标系之间的旋转平移变换关系,其特征在于,包括:第一标定模块:用于固定ID唯一的ArUco二维码标签标记于待标定相机机身,分别标定待标定相机与自身ArUco标记的外参;

ArUco标记外参获取模块:将待标定相机ArUco标记视为地图点,利用基于ArUco标记的SLAM系统完成建图,获得各ArUco标记之间的外参;

第二标定模块:用于根据标定待标定相机与自身ArUco标记的外参以及各ArUco标记之间的外参,间接求得待标定相机间的外参,完成标定过程。