CN107633533B - 大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光学测量技术领域，提供了一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置，首先，利用大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个标靶图像；然后，对标靶图像进行椭圆中心坐标提取，并标定相机的固定内部参数和N个外部参数；然后，反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W‑O_W‑Y_W平面的标靶图像；对N幅标靶图像分别进行圆心提取计算，并进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新固定内部参数和N个外部参数；若圆形标志点中心的图像坐标趋于稳定，则完成定位；本发明的方法实现了高精度圆形标志点中心定位。

Description

大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置。

背景技术

圆形标志点的使用已经有数十年，圆形标志点中心的高精度定位算法的研究是经久不衰的课题。圆形标志点作为一种人工标志点广泛应用于成像系统的标定、深度图像匹配等光学三维测量领域的关键环节。在标定系统中，好的标定结果能够给光学三维测量系统提供非常关键的数据，高精度的标定结果一直是光学三维测量领域不懈追求的，而圆形标志点中心坐标是作为最重要的输入数据，中心坐标的精度对系统标定的精度有着直接的影响。

提高标志点中心定位精度的最直接方法是采用高分辨率和镜头畸变较小的相机，使相机能够得到质量较高的图像，从而有利于对图像做一系列数字图像处理获取标志点中心坐标。但是这种提升硬件的方法会使系统成本急剧升高，而且这种硬件上的提升并不能减少圆形标志点中心定位的透视投影误差，因为这种误差是由于相机成像平面不平行于标志点所在平面带来的，硬件上的提升只能减少很小部分的中心定位误差，而且成本代价非常大。

镜头畸变和圆形标志点中心的透视投影都会导致圆形标志点中心的定位误差，从而导致圆形标志点中心定位不准确。如何使用一种简便的方法来减少由此带来的误差是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置，旨在用一种灵活简便的方法来减少由镜头畸变和透视投影所带来的圆形标志点中心定位误差。

本发明提供了一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法，所述高精度圆形标志点中心定位方法应用于圆形标志点中心定位系统，所述圆形标志点中心定位系统包括：大畸变镜头的相机和印有圆形标志点图案的平面标靶；所述方法包括：

步骤S1，将所述印制有圆形标志点图案的平面标靶以任意N个姿态摆放，利用所述大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个包含椭圆标志点的标靶图像I₁，I₂，...，I_N，其中，N大于等于3；

步骤S2，对N个所述包含椭圆标志点的标靶图像进行椭圆中心坐标提取，以提取的椭圆中心坐标x₁，x₂，...，x_N作为圆形标志点中心的图像坐标，标定所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

步骤S3，利用得到的所述固定内部参数、N个所述外部参数和相机采集到的标靶图像I₁，I₂，...，I_N对应地反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W-O_W-Y_W平面的标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN；

步骤S4，对N幅所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN分别进行圆心提取计算，得到N组图像中的圆心坐标xc₁，xc₂，...，xc_N；

步骤S5，利用所述固定内部参数和N个所述外部参数将所述圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标xx₁,xx₂,...,xx_N作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

步骤S6，若所述圆形标志点中心的图像坐标或标定的所述固定内部参数和N个所述外部参数趋于稳定，则完成圆形标志点中心的高精度定位；否则，返回步骤S3。

进一步地，所述步骤S1中，在相机成像平面与标靶所在平面不平行的情况下，在相机成像平面上所述圆形标志点经过透视投影成像，得到的是椭圆；所述标靶所在平面与相机成像平面之间的角度越大，椭圆的长短轴之差越大。

进一步地，所述步骤S2中，所述相机的固定内部参数包括相机的焦距f、主点c和畸变系数k；N个所述外部参数表示所述相机与所述平面标靶之间的位置姿态关系，由旋转矩阵R和平移矩阵T表示。

进一步地，所述步骤S3中，所述世界坐标系的X_W-O_W-Y_W平面平行于标靶所在平面，Z_W轴垂直于标靶所在平面；所述反向投影变换为相机图像坐标系到世界坐标系的变换，生成的所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN是在世界坐标系下的标靶图像。

进一步地，所述步骤S4中，所述N组图像中的圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N是世界坐标系下的坐标；

所述步骤S5中，所述正向投影变换为世界坐标系到相机图像坐标系的变换。

本发明还提供了一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位装置，所述高精度圆形标志点中心定位方法应用于圆形标志点中心定位系统，所述圆形标志点中心定位系统包括：大畸变镜头的相机和印有圆形标志点图案的平面标靶；所述装置包括：

标靶图像采集模块，用于将所述印制有圆形标志点图案的平面标靶以任意N个姿态摆放，利用所述大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个包含椭圆标志点的标靶图像I₁，I₂，...，I_N，其中，N大于等于3；

第一标定模块，用于对N个所述包含椭圆标志点的标靶图像进行椭圆中心坐标提取，以提取的椭圆中心坐标x₁，x₂，...，x_N作为圆形标志点中心的图像坐标，标定所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

反向投影变换模块，用于利用得到的所述固定内部参数、N个所述外部参数和相机采集到的标靶图像I₁，I₂，...，I_N对应地反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W-O_W-Y_W平面的标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN；

圆心坐标计算模块，用于对N幅所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN分别进行圆心提取计算，得到N组图像中的圆心坐标xc₁，xc₂，...，xc_N；

第二标定模块，用于利用所述固定内部参数和N个所述外部参数将所述圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标xx₁,xx₂,...,xx_N作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

高精度定位模块，用于持续对所述圆形标志点中心的图像坐标进行标定，并在所述圆形标志点中心的图像坐标或标定的所述固定内部参数和N个所述外部参数趋于稳定时，完成圆形标志点中心的高精度定位。

进一步地，所述标靶图像采集模块中，在相机成像平面与标靶所在平面不平行的情况下，在相机成像平面上所述圆形标志点经过透视投影成像，得到的是椭圆；所述标靶所在平面与相机成像平面之间的角度越大，椭圆的长短轴之差越大。

进一步地，所述第一标定模块中，所述相机的固定内部参数包括相机的焦距f、主点c和畸变系数k；N个所述外部参数表示所述相机与所述平面标靶之间的位置姿态关系，由旋转矩阵R和平移矩阵T表示。

进一步地，所述反向投影变换模块中，所述世界坐标系的X_W-O_W-Y_W平面平行于标靶所在平面，Z_W轴垂直于标靶所在平面；所述反向投影变换为相机图像坐标系到世界坐标系的变换，生成的所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN是在世界坐标系下的标靶图像。

进一步地，所述圆心坐标计算模块中，所述N组图像中的圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N是世界坐标系下的坐标；

所述第二标定模块中，所述正向投影变换为世界坐标系到相机图像坐标系的变换。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供了一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置，首先，利用大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个包含椭圆标志点的标靶图像；然后，对所述标靶图像进行椭圆中心坐标提取，以提取的椭圆中心坐标作为圆形标志点中心的图像坐标，标定相机的固定内部参数和N个外部参数；然后，利用得到的所述固定内部参数、N个所述外部参数和相机采集到的标靶图像对应地反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W-O_W-Y_W平面的标靶图像；再然后，对N幅标靶图像分别进行圆心提取计算，得到N组图像中的圆心坐标；最后，利用固定内部参数和N个外部参数将得到的圆心坐标进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新所述相机的固定内部参数和N个外部参数；若所述圆形标志点中心的图像坐标或标定结果趋于稳定，则完成圆形标志点中心的高精度定位；本发明与现有技术相比，用一种灵活简便的算法减少由镜头畸变和透视投影所带来的圆形标志点中心定位的误差，解决了圆心标志点中心定位不准确的问题，最终实现了大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位，并且提高了系统的标定精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的圆形标志点中心定位系统的硬件结构示意图；

图3-1是本发明实施例提供的在某个标靶姿态下相机拍摄到的标靶图像；

图3-2是本发明实施例提供的在某个标靶姿态下将相机拍摄到的标靶图反向投影计算生成的标靶图像；

图4是本发明实施例提供的圆形标志点的透视投影原理图；

图5是利用本发明提出的方法和直接对相机拍摄的原始图做椭圆中心提取的方法得到的标志点中心坐标之间的对比示意图；

图6-1是利用本发明提出的方法得到的圆形标志点中心坐标标定相机的重投影误差分布示意图；

图6-2是利用直接对相机拍摄的原始图做标志点中心提取来标定相机的重投影误差分布示意图；

图7是本发明实施例提供的一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位装置的模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于现有技术中存在镜头畸变和圆形标志点中心的透视投影都会导致圆形标志点中心的定位误差，从而导致圆形标志点中心定位不准确的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法及装置，用一种灵活简便的软件算法减少由镜头畸变和透视投影所带来的圆形标志点中心定位的误差，解决了圆心标志点中心定位不准确的问题，最终实现了大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位，并且提高了系统的标定和测量精度。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法的流程示意图，其中，所述高精度圆形标志点中心定位方法应用于圆形标志点中心定位系统，所述圆形标志点中心定位系统包括：大畸变镜头的相机1和印有圆形标志点图案的平面标靶2，结合图2所示，所述相机1位置固定不动，调节相机1的焦距，使所述平面标靶2在所述相机1的视场和景深范围内，将印制有圆形标志点图案的平面标靶2以任意姿态摆放，利用所述相机1拍摄获取所述平面标靶2任意姿态的图像；本发明的目的就是对任意姿态下标靶上的圆形标志点中心的图像坐标能够实现高精度定位。

具体地，本发明实施例中，所述相机采用IMAVISION的工业数字摄像机，所述相机的镜头采用有大畸变的广角镜头，所述平面标靶上的图案是由黑底白色圆形标志点组成，白色圆形标志点是11*9的圆点阵。

具体地，所述大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法包括：

步骤S1，将所述印制有圆形标志点图案的平面标靶以任意N个姿态摆放，利用所述大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个包含椭圆标志点的标靶图像I₁，I₂，...，I_N，其中，N大于等于3；

具体地，由于透视投影和相机镜头畸变的影响，相机拍摄到的标靶图像不是标准的圆，而是变形的椭圆；所述透视投影是一种成像过程描述，在相机成像平面与标靶所在平面不平行的情况下，在相机成像平面上所述圆形标志点经过透视投影成像，得到的是椭圆，如图3-1所示；所述标靶所在平面与相机成像平面之间的角度越大，椭圆的长短轴之差越大。事实上，若所述平面标靶的N个摆放姿态中有相机成像平面与标靶所在平面平行的情况，在相机成像平面上所述圆形标志点经过透视投影成像，得到的是圆。

具体地，印制的所述圆形标志点图案是标准的圆形图案。

步骤S2，对N个所述包含椭圆标志点的标靶图像进行椭圆中心坐标提取，以提取的椭圆中心坐标x₁，x₂，...，x_N作为圆形标志点中心的图像坐标，标定所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

具体地，由于透视投影和相机镜头畸变的影响，提取的所述椭圆中心坐标并不是最终要求的准确的圆形标志点中心的图像坐标，这就导致了圆形标志点中心定位不准确的问题，圆形标志点的透视投影原理图如图4所示；所述椭圆中心提取算法具体为：图像滤波、边缘提取和椭圆中心拟合；在标定时，暂且以提取的椭圆中心坐标作为圆形标志点中心的图像坐标来标定，该标定属于第一次标定，标定出的所述相机的固定内部参数包括相机的焦距f、主点c和畸变系数k；N个所述外部参数表示所述相机与所述平面标靶之间的位置姿态关系，由旋转矩阵R和平移矩阵T表示。

步骤S3，利用得到的所述固定内部参数、N个所述外部参数和相机采集到的标靶图像I₁，I₂，...，I_N对应地反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W-O_W-Y_W平面的标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN；

具体地，如图3-2所示为在某个标靶姿态下将相机拍摄到的标靶图像反向投影计算生成的标靶图像。

具体地，所述步骤S3中，所述世界坐标系的X_W-O_W-Y_W平面平行于标靶所在平面，Z_W轴垂直于标靶所在平面；所述反向投影变换为相机图像坐标系到世界坐标系的变换，生成的所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN是在世界坐标系下的标靶图像，图像中的图案可认为是标准的圆形图案。

步骤S4，对N幅所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN分别进行圆心提取计算，得到N组图像中的圆心坐标xc₁，xc₂，...，xc_N；

具体地，经过圆心提取计算，得到的所述N组图像中的圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N是世界坐标系下的坐标。

步骤S5，利用所述固定内部参数和N个所述外部参数将所述圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标xx₁,xx₂,...,xx_N作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

具体地，所述正向投影变换是世界坐标系到相机图像坐标系的变换；所述N组坐标xx₁,xx₂,...,xx_N不存在由畸变和透视投影引起的圆形标志点中心定位误差，与xc₁,xc₂,...,xc_N相比，前者是更准确的圆形标志点中心的图像坐标，二者坐标的对比如图5所示，其中“+”代表前者，“*”代表后者；上述利用圆形标志点中心的图像坐标进行标定是第二次标定，由于圆形标志点中心定位精度的提升，第二次标定更新得到的内部参数和外部参数相比第一次标定的结果更加精确。

步骤S6，若所述圆形标志点中心的图像坐标或标定的所述固定内部参数和N个所述外部参数趋于稳定，则完成圆形标志点中心的高精度定位；否则，返回步骤S3。

具体地，所述步骤S6为，重复步骤S3到S5，直到S5中计算得到圆形标志点中心的图像坐标或标定结果趋于稳定，则实现最终大畸变镜头下的圆形标志点中心的高精度定位。

进一步地，重投影误差是评价标定精度的重要手段，误差越小，代表标定精度越高。利用本发明提出的方法得到的圆形标志点中心坐标标定相机的重投影误差分布，如图6-1所示；利用直接对相机拍摄的原始图做标志点中心提取来标定相机的重投影误差分布，如图6-2所示，更新后的误差分布有边缘向中间零点坐标聚拢的现象；图6-1中的重投影误差的标准差为[0.01812,0.01813]，图6-2中重投影误差的标准差为[0.02322,0.02225]，可知标定精度提高了22％。

本发明还提供了一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位装置，所述高精度圆形标志点中心定位方法应用于圆形标志点中心定位系统，所述圆形标志点中心定位系统包括：大畸变镜头的相机和印有圆形标志点图案的平面标靶；如图7所示，所述装置包括：

标靶图像采集模块1，用于将所述印制有圆形标志点图案的平面标靶以任意N个姿态摆放，利用所述大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个包含椭圆标志点的标靶图像I₁，I₂，...，I_N，其中，N大于等于3；

具体地，所述标靶图像采集模块1中，在相机成像平面与标靶所在平面不平行的情况下，在相机成像平面上所述圆形标志点经过透视投影成像，得到的是椭圆；所述标靶所在平面与相机成像平面之间的角度越大，椭圆的长短轴之差越大。

第一标定模块2，用于对N个所述包含椭圆标志点的标靶图像进行椭圆中心坐标提取，以提取的椭圆中心坐标x₁，x₂，...，x_N作为圆形标志点中心的图像坐标，标定所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

具体地，所述第一标定模块2中，所述相机的固定内部参数包括相机的焦距f、主点c和畸变系数k；N个所述外部参数表示所述相机与所述平面标靶之间的位置姿态关系，由旋转矩阵R和平移矩阵T表示。

反向投影变换模块3，用于利用得到的所述固定内部参数、N个所述外部参数和相机采集到的标靶图像I₁，I₂，...，I_N对应地反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W-O_W-Y_W平面的标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN；

具体地，所述反向投影变换模块3中，所述世界坐标系的X_W-O_W-Y_W平面平行于标靶所在平面，Z_W轴垂直于标靶所在平面；所述反向投影变换为相机图像坐标系到世界坐标系的变换，生成的所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN是在世界坐标系下的标靶图像。

圆心坐标计算模块4，用于对N幅所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN分别进行圆心提取计算，得到N组图像中的圆心坐标xc₁，xc₂，...，xc_N；

具体地，所述圆心坐标计算模块4中，所述N组图像中的圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N是世界坐标系下的坐标。

第二标定模块5，用于利用所述固定内部参数和N个所述外部参数将所述圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标xx₁,xx₂,...,xx_N作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

具体地，所述第二标定模块5中，所述正向投影变换为世界坐标系到相机图像坐标系的变换。

高精度定位模块6，用于持续对所述圆形标志点中心的图像坐标进行标定，并在所述圆形标志点中心的图像坐标或标定的所述固定内部参数和N个所述外部参数趋于稳定时，完成圆形标志点中心的高精度定位。

具体地，所述高精度定位模块6，具体用于循环在所述反向投影变换模块到第二标定模块之间执行，直到所述第二标定模块中计算得到的圆形标志点中心的图像坐标或标定结果趋于稳定，则实现最终大畸变镜头下的圆形标志点中心的高精度定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法，其特征在于，所述高精度圆形标志点中心定位方法应用于圆形标志点中心定位系统，所述圆形标志点中心定位系统包括：大畸变镜头的相机和印制有圆形标志点图案的平面标靶；所述方法包括：

步骤S1，将所述印制有圆形标志点图案的平面标靶以任意N个姿态摆放，利用所述大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个包含椭圆标志点的标靶图像I₁，I₂，...，I_N，其中，N大于等于3；

步骤S2，对N个所述包含椭圆标志点的标靶图像进行椭圆中心坐标提取，以提取的椭圆中心坐标x₁，x₂，...，x_N作为圆形标志点中心的图像坐标，标定所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

步骤S3，利用得到的所述固定内部参数、N个所述外部参数和相机采集到的标靶图像I₁，I₂，...，I_N对应地反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W-O_W-Y_W平面的标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN；

步骤S4，对N幅所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN分别进行圆心提取计算，得到N组图像中的圆心坐标xc₁，xc₂，...，xc_N；

步骤S5，利用所述固定内部参数和N个所述外部参数将所述圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标xx₁,xx₂,...,xx_N作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

步骤S6，若所述圆形标志点中心的图像坐标或标定的所述固定内部参数和N个所述外部参数趋于稳定，则完成圆形标志点中心的高精度定位；否则，返回步骤S3。

2.如权利要求1所述的大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，在相机成像平面与标靶所在平面不平行的情况下，在相机成像平面上所述圆形标志点经过透视投影成像，得到的是椭圆；所述标靶所在平面与相机成像平面之间的角度越大，椭圆的长短轴之差越大。

3.如权利要求1所述的大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述相机的固定内部参数包括相机的焦距f、主点c和畸变系数k；N个所述外部参数表示所述相机与所述平面标靶之间的位置姿态关系，由旋转矩阵R和平移矩阵T表示。

4.如权利要求1所述的大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述世界坐标系的X_W-O_W-Y_W平面平行于标靶所在平面，Z_W轴垂直于标靶所在平面；所述反向投影变换为相机图像坐标系到世界坐标系的变换，生成的所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN是在世界坐标系下的标靶图像。

5.如权利要求1所述的大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述N组图像中的圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N是世界坐标系下的坐标；

所述步骤S5中，所述正向投影变换为世界坐标系到相机图像坐标系的变换。

6.一种大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位装置，其特征在于，所述高精度圆形标志点中心定位方法应用于圆形标志点中心定位系统，所述圆形标志点中心定位系统包括：大畸变镜头的相机和印制有圆形标志点图案的平面标靶；所述装置包括：

标靶图像采集模块，用于将所述印制有圆形标志点图案的平面标靶以任意N个姿态摆放，利用所述大畸变镜头的相机采集N个摆放姿态下的印制有圆形标志点图案的标靶图像，得到N个包含椭圆标志点的标靶图像I₁，I₂，...，I_N，其中，N大于等于3；

第一标定模块，用于对N个所述包含椭圆标志点的标靶图像进行椭圆中心坐标提取，以提取的椭圆中心坐标x₁，x₂，...，x_N作为圆形标志点中心的图像坐标，标定所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

反向投影变换模块，用于利用得到的所述固定内部参数、N个所述外部参数和相机采集到的标靶图像I₁，I₂，...，I_N对应地反向投影变换计算生成N幅平行于世界坐标系中X_W-O_W-Y_W平面的标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN；

圆心坐标计算模块，用于对N幅所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN分别进行圆心提取计算，得到N组图像中的圆心坐标xc₁，xc₂，...，xc_N；

第二标定模块，用于利用所述固定内部参数和N个所述外部参数将所述圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N进行正向投影变换计算到相机的成像平面，得到N组坐标xx₁,xx₂,...,xx_N作为圆形标志点中心的图像坐标继续进行标定，并更新所述相机的固定内部参数和N个标靶姿态下所述相机与所述平面标靶之间的外部参数；

高精度定位模块，用于持续对所述圆形标志点中心的图像坐标进行标定，并在所述圆形标志点中心的图像坐标或标定的所述固定内部参数和N个所述外部参数趋于稳定时，完成圆形标志点中心的高精度定位。

7.如权利要求6所述的大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位装置，其特征在于，所述标靶图像采集模块中，在相机成像平面与标靶所在平面不平行的情况下，在相机成像平面上所述圆形标志点经过透视投影成像，得到的是椭圆；所述标靶所在平面与相机成像平面之间的角度越大，椭圆的长短轴之差越大。

8.如权利要求6所述的大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位装置，其特征在于，所述第一标定模块中，所述相机的固定内部参数包括相机的焦距f、主点c和畸变系数k；N个所述外部参数表示所述相机与所述平面标靶之间的位置姿态关系，由旋转矩阵R和平移矩阵T表示。

9.如权利要求6所述的大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位装置，其特征在于，所述反向投影变换模块中，所述世界坐标系的X_W-O_W-Y_W平面平行于标靶所在平面，Z_W轴垂直于标靶所在平面；所述反向投影变换为相机图像坐标系到世界坐标系的变换，生成的所述标靶图像I_XY1，I_XY2，...，I_XYN是在世界坐标系下的标靶图像。

10.如权利要求6所述的大畸变镜头下的高精度圆形标志点中心定位装置，其特征在于，所述圆心坐标计算模块中，所述N组图像中的圆心坐标xc₁,xc₂,...,xc_N是世界坐标系下的坐标；

所述第二标定模块中，所述正向投影变换为世界坐标系到相机图像坐标系的变换。

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