CN108416812B - 一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法，属于视觉测量技术领域。其在不对成像系统结构进行任何操作的情况下，利用多次采集的真实标定靶标图像进行内部参数标定，确定摄像机内部参数，包括主点坐标、畸变系数及有效焦距；再对单幅标定靶标图像以主点所在轴线为中心线进行镜像对称翻转，以翻转前后的两幅图像中同一侧的标定靶标为世界坐标系建系基准进行系统结构参数标定，计算镜像双目结构的旋转矩阵及平移向量，完成系统结构参数的标定工作。本发明在标定过程不对摄像机及反射镜结构进行任何操作，仅需对所采集图像本身进行处理即可获得高精度系统参数，是对现有技术的一种重要改进。

Description

一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法

技术领域

本发明涉及视觉测量技术领域，特别是指一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法。

背景技术

双目视觉测量技术是空间物体三维精密测量领域最具发展潜力的高新技术之一，目前在三维形貌测量、精密加工制造、无人系统避障等领域已有较好应用。目前，双目视觉系统根据双目图像采集方式的不同可以分为三类：主动式单摄像机双目视觉系统、固定式双摄像机视觉系统以及单摄像机镜像双目视觉系统。其中，主动式单摄像机双目视觉系统由精密移动设备搭载单摄像机在不同位置分别拍摄同一物体图像进行双目匹配，系统结构复杂，实时性较差，可应用在待测物固定，实时性要求不高的场合(相关文献：“摄像机的一种主动视觉标定方法”，2010，光学学报，30(5)：1297-1303)；固定式双摄像机视觉系统是由相对位置固定的两枚摄像机构成，通过拍摄公共视场内的物体进行双目匹配，是目前应用较多的系统结构(相关文献：“双目立体视觉测量系统的标定”，光学精密工程，2016，24(2)：300-308)；单摄像机镜像双目视觉系统由一枚摄像机与反射镜组成，待测物可以同时通过不同的成像路径被摄像机采集并成像，在一张图像上得到不同角度拍摄的同一待测物的两幅影像，实现双目视觉的效果(相关文献：“3D reconstruction from a single view ofan object and its image in a plane mirror”，1998，Proceedings IEEE 4：1174-1176)。

单摄像机镜像双目视觉系统具有结构紧凑、设计多样、成本低廉等优点，尤其在狭小空间测量及柔性三维测量等应用中的独特优势，故成为双目视觉领域的研究热点之一。视觉系统参数标定是测量工作的必要前提，也是测量精度的重要保障。单摄像机镜像双目视觉系统参数标定包括摄像机内部参数标定及系统结构参数标定两部分。目前，单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法主要分为两类：虚拟摄像机标定法和两步标定法。柴兴华等在文章“单摄像机镜像双目视觉系统的极限约束”(“Epipolar constraint of single-camera mirror binocular stereo vision systems”，Optical Engineering，2017，56(8)：084103)中设计实验对两种标定方法进行了对比。其中，虚拟摄像机标定法将真实摄像机及其虚拟镜像看作两枚不同的摄像机，通过多次采集标定图像进行内部参数标定及系统结构参数标定。然而，根据真实摄像机建立的坐标系与根据虚拟摄像机建立坐标系分别为左手系与右手系，呈镜像关系，不存在刚体转换。通常的做法是根据摄像机成像的对称性均按左手系或均按右手系建立摄像机坐标系，并得到两组内部参数，而真实摄像机只有一枚，无论摄像机本体还是其虚拟镜像，内部参数都应是一致的，所以一般取重投影误差较小的一组作为内部参数标定结果。这种做法成立的前提是假定图像中心与主点重合，然而大多数情况下图像中心与主点并不重合，故该方法难以保证精度。两步标定法首先要分离反射镜与摄像机，对摄像机进行单独内参标定后，再安装反射镜，采用虚拟摄像机标定法进行结构参数标定。这种方法内部参数标定较为精确，结构参数标定依然与虚拟摄像机标定法面临同样的问题，即主点偏离图像中心的程度对标定精度影响较大，且每次标定过程都需要对反射镜进行拆卸安装工作，标定效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法，其在标定过程中不需要对摄像机及反射镜结构进行任何操作，仅需对所采集图像本身进行处理，并可以获得高精度的系统参数。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法，其包括以下步骤：

1)获取单摄像机的内部参数，具体方式为：

1.1确定标定靶标，所述标定靶标的外部尺寸小于待标定的视觉系统视场，所述标定靶标的表面印有二维平面圆形阵列或黑白相间的棋盘格方块，所述标定靶标的有效特征点为圆形中心或方块顶点，所述标定靶标的特征点数量大于2×2个，相邻特征点间距≥3mm，特征点间距误差小于0.003mm；

1.2将标定靶标摆放在单摄像机镜像双目视觉系统的视场范围之内，拍摄一幅图像并存储，记为内部参数标定图像；然后自由调整标定靶标位置，同时保证标定靶标本体及其镜像均在摄像机视场之内，再次拍摄图像并存储；以这样的方式，获取6张以上不同位置拍摄的内部参数标定图像，每幅图像中均包含标定靶标本体成像及其镜像成像；

1.3对于采集的内部参数标定图像，仅对所有本体成像的特征点进行图像坐标提取，并与基于标定靶标本体建立的世界坐标系下的特征点三维坐标一一对应，根据摄像机透视投影模型及成像畸变模型，计算摄像机内部参数，所述摄像机内部参数包括图像主点坐标、畸变系数及有效焦距；

2)对系统结构参数标定图像做镜像变换，具体方式为：

2.1选取步骤1.2中获取的任意一张内部参数标定图像或按照步骤1.2中陈述的规则再拍摄一张标定靶标图像，作为单摄像机镜像双目视觉系统的结构参数标定图像，记为系统结构参数标定源图像；

2.2以步骤1.3中标定的图像主点坐标为畸变中心，以步骤1.3中标定的畸变系数为参数，根据摄像机畸变模型，对系统结构参数标定源图像进行畸变矫正，矫正后的图像记为系统结构参数标定无畸变源图像L；

2.3以系统结构参数标定无畸变源图像L的左下角顶点为原点o，以横向和纵向的图像边缘为u轴和v轴建立二维图像坐标系o-uv；将坐标系o-uv内穿过步骤1.3中标定的图像主点坐标的u轴垂线作为旋转轴，对系统结构参数标定无畸变源图像L进行180度旋转操作，得到一幅旋转处理后的图像，记为系统结构参数标定无畸变源图像R；

3)获取系统结构参数，具体方式为：

3.1以系统结构参数标定无畸变源图像L中左侧标定靶标图像为参考，在标定靶标的平面上确定定义坐标系O_l-X_lY_lZ_l，其中坐标系原点O_l为一个角点，X_l轴及Y_l轴分别与特征点的分布方向平行，Z_l轴与标定靶标平面垂直；

3.2以系统结构参数标定无畸变源图像R中左侧标定靶标图像为参考，在标定靶标的平面上确定定义坐标系O_r-X_rY_rZ_r，其中坐标系原点O_r与步骤3.1中的坐标系原点O_l位置相同，X_r轴、Y_r轴及Z_r轴的确定规则与步骤3.1中系统结构参数标定无畸变源图像L的处理方式相同；

3.3分别对系统结构参数标定无畸变源图像L和R的左侧标定靶标成像进行特征点坐标提取，根据图像L中特征点坐标与坐标系O_l-X_lY_lZ_l下空间坐标的一一对应关系以及图像R中特征点坐标与坐标系O_r-X_rY_rZ_r下空间坐标的一一对应关系，分别计算出坐标系O_l-X_lY_lZ_l和O_r-X_rY_rZ_r到摄像机坐标系的转换关系；

3.4将坐标系O_l-X_lY_lZ_l设定为参考坐标系，根据坐标系O_l-X_lY_lZ_l和O_l-X_lY_lZ_l到摄像机坐标系的转换关系，计算出表征坐标系O_r-X_rY_rZ_r到O_l-X_lY_lZ_l的转换关系的旋转矩阵和平移向量，记为系统结构参数；

3.5将步骤1.3获得的摄像机内部参数以及步骤3.4获得的系统结构参数存储到视觉系统参数文件中，完成系统标定。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

本发明充分利用了单摄像机镜像双目视觉系统成像的对称特性，仅需对标定图像按照特定规则进行变换处理，通过对标定图像同一侧的特征点提取、匹配、计算，即可获得单摄像机镜像双目视觉系统的内部参数及结构参数。与传统标定方法相比，本发明方法具有避免重复拆卸安装反射镜、可获得唯一一组摄像机内部参数、标定靶标本体空间坐标系与其镜像空间坐标系存在刚体转换等优点，在减少操作步骤的同时，能够获得较高的标定精度及测量精度，有利于单摄像机镜像双目视觉系统的工程化应用，是对现有技术的一种重要改进。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。

图1为本发明实施例中所用到的一种点阵标定靶标。

图2为典型的单摄像机镜像双目视觉系统示意图。

图3为图像翻转规则示意图。

图4为单摄像机镜像双目视觉系统外参数标定示意图。其中，O_c-X_cY_cZ_c为摄像机坐标系，O_l-X_lY_lZ_l为根据源图像的真实靶标成像建立的世界坐标系，O_r-X_rY_rZ_r为根据镜像翻转后的虚拟靶标成像建立的世界坐标系；R、R_l、R_r均为3×3的旋转矩阵，T、T_l、T_r均为3×1的平移向量；[R,T]表示由坐标系O_r-X_rY_rZ_r到坐标系O_l-X_lY_lZ_l转换关系，[R_l,T_l]表示由坐标系O_l-X_lY_lZ_l到坐标系O_c-X_cY_cZ_c的转换关系，[R_r,T_r]表示由坐标系O_r-X_rY_rZ_r到坐标系O_c-X_cY_cZ_c的转换关系。

上述附图中各标号的含义如下：1、平面反射镜，2、点阵标定靶标，3、摄像机，4、采集的源图像，5、源图像中的真实标定靶标投影，6、成像主点，7、以主点所在轴线为中心进行镜像翻转的图像，8、镜像翻转后的虚拟靶标投影。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

首先搭建单摄像机镜像双目视觉系统，调整反射镜与摄像机相对位置，使摄像机视场内经反射镜拍摄的空间比例占全部视场的一半左右，并且反射成像空间与本体成像空间有公共区域；一旦确定好摄像机与反射镜的相对位置，整个标定过程中便不再调整，摄像机与反射镜即构成单摄像机镜像双目视觉系统。

接下来，针对上述单摄像机镜像双目视觉系统，按照如下步骤进行标定：

步骤1：单摄像机内部参数的获取

1.1确定标定靶标，本实施步骤中采用点阵标定靶标，如图1所示，其特征点个数为5×5，特征点直径为8mm，相邻特征点的中心距为16mm，相邻特征点的间距误差小于0.003mm；

1.2将标定靶标摆放在单摄像机镜像双目视觉系统视场范围之内，确保标定靶标本体及其在反射镜之中的成像均可被摄像机一次性完整捕获，拍摄一幅图像并存储到计算机；然后自由调整标定靶标位置，重复以上采集及存储操作；以这样的方式，获取8张不同位置拍摄的标定靶标图像，记为内部参数标定图像，如图2所示；

1.3对于采集的内部参数标定图像，每幅图像均包含标定靶标本体成像及其镜像成像，对所有本体成像的特征点进行图像坐标提取，即仅对图2中图像4左侧部分的靶标图像进行处理。设第i个空间特征点记为P_i，点P_i在基于标定靶标建立的世界坐标系下的三维坐标为P_wi＝(X_wi,Y_wi,Z_wi)^T，在摄像机坐标系下的三维坐标为P_ci＝(X_ci,Y_ci,Z_ci)^T，二者的转换关系为：

P_ci＝R_wcP_wi+T_wc (1)

其中，R_wc、T_wc分别为3×3的旋转矩阵和3×1平移向量。

令空间点P_i在归一化成像平面上的投影点为p_i，投影点坐标为p_i＝(x_i,y_i)^T，则存在以下关系：

p_i＝(X_ci/Z_ci,Y_ci/Z_ci)^T (2)

令投影点p_i的无畸变图像坐标为p_ui＝(x_ui,y_ui)^T，则有如下关系：

p_ui＝(f_xx_i+u₀,f_y y_i+v₀)^T (3)

其中f_x和f_y为摄像机在x和y方向上的有效焦距，(u₀,v₀)为图像主点坐标。

若考虑镜头成像的二阶径向畸变，令投影点p_i的含畸变图像坐标为p_di＝(x_di,y_di)^T，则含畸变图像坐标p_di与无畸变图像坐标p_ui存在如下关系：

其中，k₁和k₂分别为一阶及二阶径向畸变系数。

这样，每个空间特征点P_i，都与归一化成像平面投影坐标p_i＝(x_i,y_i)^T、无畸变图像坐标p_ui＝(x_ui,y_ui)^T以及含畸变图像坐标p_di＝(x_di,y_di)^T一一对应，将特征点P_i在世界坐标系下的坐标P_wi及通过内部参数标定图像提取的含畸变图像坐标p_di带入方程(1)～(4)，采用Levenberg-Marquardt非线性优化算法可以精确估算摄像机内部参数u₀、v₀、f_x、f_y、k₁、k₂。采用Levenberg-Marquardt算法进行优化的具体内容可参见文献《最优化理论与方法》(袁亚湘、孙文瑜，科学出版社，1999年)。

步骤2：系统结构参数标定图像的镜像变换

2.1选取步骤1.2中获取的8张内部参数标定图像中的任意一张或按照步骤1.2另外再拍摄一张标定靶标图像，作为单摄像机镜像双目视觉系统的结构参数标定图像，记为系统结构参数标定源图像4(如图3所示)，这里采取的是选择其中一张内部参数标定图像作为系统结构参数标定源图像；

2.2以步骤1.3中获取的图像主点坐标(u₀,v₀)为畸变中心，以步骤1.3中获取的k₁、k₂为一阶及二阶畸变系数，根据摄像机径向畸变模型，采用公式(4)对系统结构参数标定源图像所有像素点进行二阶径向畸变矫正，校正后的生成的新图像应保持源图像的分辨率，记为系统结构参数标定无畸变源图像L；

2.3以系统结构参数标定无畸变源图像L的左下角顶点为原点o，以横向和纵向的图像边缘为u轴和v轴建立二维图像坐标系，如图3所示。将坐标系o-uv内穿过步骤1.3中获取的图像主点的u轴垂线作为旋转轴，对系统结构参数标定无畸变源图像L像进行180度旋转操作，生成一幅旋转处理后的图像，记为系统结构参数标定无畸变源图像R(即图3中的翻转图像7)。该操作等价于(见图3)：将分辨率为W×H的系统结构参数标定源图像L，首先以图像中线为旋转轴做水平镜像翻转，再在坐标系o-uv内将图像所有像素点的横坐标平移(2u₀-W)，整个过程中参考坐标系o-uv始终不变。

步骤3：系统结构参数的获取(原理见图4)

3.1以系统结构参数标定无畸变源图像L中左侧标定靶标图像为参考，在标定靶标的平面上确定定义坐标系O_l-X_lY_lZ_l，其中坐标系原点为指定的其中一个角部特征点，X_l轴及Y_l轴分别与特征点的分布方向平行，Z_l与标定靶标平面垂直；

3.2以系统结构参数标定无畸变源图像R中左侧标定靶标图像为参考，在标定靶标的平面上确定定义坐标系O_r-X_rY_rZ_r，其中坐标系原点为在无畸变源图像L指定的同一位置特征点，X_r轴、Y_r轴及Z_r轴的确定规则与无畸变源图像L的处理方式相同；

3.3分别对系统结构参数标定无畸变源图像L和R的左侧标定靶标成像进行特征点坐标提取，根据无畸变源图像L和R中特征点坐标分别与坐标系O_l-X_lY_lZ_l和O_r-X_rY_rZ_r下的空间坐标的一一对应关系，利用步骤1.3中已获取的主点坐标(u₀,v₀)、焦距f_x及f_y，分别将O_l-X_lY_lZ_l和O_r-X_rY_rZ_r下各特征点坐标及对应的无畸变图像坐标带入公式(1)～(3)，采用Levenberg-Marquardt非线性优化算法分别计算出坐标系O_l-X_lY_lZ_l和O_r-X_rY_rZ_r到摄像机坐标系O_c-X_cY_cZ_c的转换关系，旋转矩阵分别为R_l及R_r，平移向量分别为T_l及T_r，如图4所示；

3.4将坐标系O_l-X_lY_lZ_l设定为参考坐标系，根据坐标系O_l-X_lY_lZ_l和O_r-X_rY_rZ_r到摄像机坐标系的转换关系[R_l,T_l]及[R_r,T_r]计算出坐标系O_r-X_rY_rZ_r到O_l-X_lY_lZ_l的转换关系，计算方法如下：

求取的旋转矩阵R和平移向量T，即为单摄像机镜像双目视觉系统的结构参数；

3.5将步骤1.3获得的摄像机内部参数，包括主点坐标(u₀,v₀)、畸变系数k₁及k₂、有效焦距f_x及f_y，以及步骤3.4获得的系统结构参数，包括旋转矩阵R和平移向量T，存储到视觉系统参数文件中，以备测量调用，单摄像机镜像双目视觉系统标定工作完成。

需要注意的是，上述叙述及公式中，上标T表示矩阵的转置，与矩阵T的含义不同；图像R表示镜像翻转后的图像，与旋转矩阵R的含义不同。

上述方法能够在不对成像系统结构进行任何操作的情况下，利用多次采集的真实标定靶标图像进行内部参数标定，确定摄像机内部参数，包括主点坐标、畸变系数及有效焦距；再对单幅标定靶标图像以主点所在轴线为中心线进行镜像对称翻转，以翻转前后的两幅图像中同一侧的标定靶标为世界坐标系建系基准进行系统结构参数标定，计算镜像双目结构的旋转矩阵及平移向量，完成系统结构参数的标定工作。

下面是一个具体应用的例子。其中，采用的摄像机型号为IMPERX-IGV-B1601M，分辨率为1624×1236像素，帧频15fps，经网线与计算机相连接，通过采集软件可以实时拍摄并存储图像；摄像机配备的镜头型号为PENTAX-8.5mm焦距，视场角49.3°；平面镜采用反射率大于98％的镀银反射镜；标定靶标为5×5点阵标定靶标，特征点直径8mm，特征点中心距16mm，中心距误差小于0.003mm；在各部件设置在光学实验平台上，调整反射镜与摄像机相对位置，使摄像机视场内经反射镜拍摄的空间比例占全部视场的一半左右，并且保证标定靶标既可以被摄像机直接捕获，同时也可以经反射镜一次反射被摄像机捕获，然后固定摄像机与反射镜的相对位置，整个标定过程中不再调整，根据上述实施方式中的步骤逐步进行操作，得到单摄像机镜像双目视觉系统参数标定结果如表1所示。

表1单摄像机镜像双目视觉系统参数标定结果

为验证标定结果的精确度，采用已标定的单摄像机镜像双目视觉系统测量标定靶标相邻特征点间距的方式进行了精度评价，测量对象是标定过程所用的标定靶标特征点间距，真实值为16±0.003mm。采用已标定的系统采集一幅5×5点阵标定靶的图像，采用表1中的系统参数对靶标25个特征点进行三维重建，得到25个特征点的空间三维坐标，计算所有相邻特征点的间距，共40个结果，将计算结果与真值相比较，统计误差结果如表2所示。

表2单摄像机镜像双目视觉系统测量误差

可见，本发明方法具有极高的精度。

总之，本发明解决了在单摄像机镜像双目视觉系统标定过程中，由待测物成像的镜像关系引起的实际摄像机与虚拟摄像机之间、实际标定靶标与虚拟标定靶标之间不存在刚体变换的问题，即不能通过旋转及平移解决双目坐标系的统一问题，提出了一种可建立镜像双目坐标系刚体转换的单摄像机镜像双目视觉系统标定方法。该方法在标定过程不对摄像机及反射镜结构进行任何操作，仅需对所采集图像本身进行处理即可获得高精度系统参数，是对现有技术的一种重要改进。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种单摄像机镜像双目视觉系统的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取单摄像机的内部参数，具体方式为：

1.1确定标定靶标，所述标定靶标的外部尺寸小于待标定的视觉系统视场，所述标定靶标的表面印有二维平面圆形阵列或黑白相间的棋盘格方块，所述标定靶标的有效特征点为圆形中心或方块顶点，所述标定靶标的特征点数量大于2×2个，相邻特征点间距≥3mm，特征点间距误差小于0.003mm；

1.2将标定靶标摆放在单摄像机镜像双目视觉系统的视场范围之内，拍摄一幅图像并存储，记为内部参数标定图像；然后自由调整标定靶标位置，同时保证标定靶标本体及其镜像均在摄像机视场之内，再次拍摄图像并存储；以这样的方式，获取6张以上不同位置拍摄的内部参数标定图像，每幅图像中均包含标定靶标本体成像及其镜像成像；

1.3对于采集的内部参数标定图像，仅对所有本体成像的特征点进行图像坐标提取，并与基于标定靶标本体建立的世界坐标系下的特征点三维坐标一一对应，根据摄像机透视投影模型及成像畸变模型，计算摄像机内部参数，所述摄像机内部参数包括图像主点坐标、畸变系数及有效焦距；

2)对系统结构参数标定图像做镜像变换，具体方式为：

2.1选取步骤1.2中获取的任意一张内部参数标定图像或按照步骤1.2中陈述的规则再拍摄一张标定靶标图像，作为单摄像机镜像双目视觉系统的结构参数标定图像，记为系统结构参数标定源图像；

2.2以步骤1.3中标定的图像主点坐标为畸变中心，以步骤1.3中标定的畸变系数为参数，根据摄像机畸变模型，对系统结构参数标定源图像进行畸变矫正，矫正后的图像记为系统结构参数标定无畸变源图像L；

2.3以系统结构参数标定无畸变源图像L的左下角顶点为原点o，以横向和纵向的图像边缘为u轴和v轴建立二维图像坐标系o-uv；将坐标系o-uv内穿过步骤1.3中标定的图像主点坐标的u轴垂线作为旋转轴，对系统结构参数标定无畸变源图像L进行180度旋转操作，得到一幅旋转处理后的图像，记为系统结构参数标定无畸变源图像R；

3)获取系统结构参数，具体方式为：

3.1以系统结构参数标定无畸变源图像L中左侧标定靶标图像为参考，在标定靶标的平面上确定定义坐标系O_l-X_lY_lZ_l，其中坐标系原点O_l为一个角点，X_l轴及Y_l轴分别与特征点的分布方向平行，Z_l轴与标定靶标平面垂直；

3.2以系统结构参数标定无畸变源图像R中左侧标定靶标图像为参考，在标定靶标的平面上确定定义坐标系O_r-X_rY_rZ_r，其中坐标系原点O_r与步骤3.1中的坐标系原点O_l位置相同，X_r轴、Y_r轴及Z_r轴的确定规则与步骤3.1中系统结构参数标定无畸变源图像L的处理方式相同；

3.3分别对系统结构参数标定无畸变源图像L和R的左侧标定靶标成像进行特征点坐标提取，根据图像L中特征点坐标与坐标系O_l-X_lY_lZ_l下空间坐标的一一对应关系以及图像R中特征点坐标与坐标系O_r-X_rY_rZ_r下空间坐标的一一对应关系，分别计算出坐标系O_l-X_lY_lZ_l和O_r-X_rY_rZ_r到摄像机坐标系的转换关系；

3.4将坐标系O_l-X_lY_lZ_l设定为参考坐标系，根据坐标系O_l-X_lY_lZ_l和O_l-X_lY_lZ_l到摄像机坐标系的转换关系，计算出表征坐标系O_r-X_rY_rZ_r到O_l-X_lY_lZ_l的转换关系的旋转矩阵和平移向量，记为系统结构参数；

3.5将步骤1.3获得的摄像机内部参数以及步骤3.4获得的系统结构参数存储到视觉系统参数文件中，完成系统标定。

Images