CN109920008B - 自标定测距误差的修正方法、装置与自动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自标定测距误差的修正方法、装置与自动驾驶系统，应用于双目相机系统，该自标定测距误差的修正方法包括：基于双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量；通过所述测距补偿常量对自标定前后的中心视差值进行修正，并通过修正后的测距公式进行测距计算。本发明通过对在双目相机的使用过程中，自标定前后会产生中心视差，因此对中心视差值进行修正，使双目相机在自标定前后，测距准确、误差不大。

Description

自标定测距误差的修正方法、装置与自动驾驶系统

技术领域

本发明涉及双目相机领域，尤其涉及一种自标定测距误差的修正方法、装置与自动驾驶系统。

背景技术

在双目相机的使用过程中，快速自标定方法是修正双目相机位姿变化而导致的外参变化的主要方式。然而在实践中，快速自标定方法虽然可以给出新的立体相机位姿参数，使双目相机待匹配图像达到更好的平行等位状态。但是却同时破坏了原位姿参数下的测距模型，造成自标定后测距不准确、误差较大的问题。

如图1所示，当双目相机光轴在理论位置时(两光轴平行)，测距模型主要是依赖于ΔO₁PO₂～Δx₁Ox₃。则空间点P的测距结果应该表示为：

其中B表示基线距离，f表示焦距，d即为P点在两个相机图像中的视差，d＝x₁-x₃，其中x₁是P在左图的像，x₃是P在右图的像x_2a在左图的等效像素位置。Z_p即为待求的P的距离。

但在实际使用中，执行双目自标定后不可能完全还原装配的理论位置。在一定允许误差的约束下(即微小变形)，两光轴之间的不平行状态，可以简化为图一中理论模型在右光轴处围绕成像面中心点发生γ转角(γ应小于1°)。应该注意到，γ转角是空间角在二维平面的投影，可以是任意方向的，不应该理解为仅限于图示的唯一变化位置。

由此导致右图成像平面也发生γ转角，造成P在旋转后的右图成像位置变化为x_2b，对应在左图的等效像素位置变为x₄，则视差值d＝x₁–x₄。

对于测距公式(1)来说，d发生了较为明显的变化，而Bf变化极小，在微小变形的约束前提下，可以认为是不变化的，则最终的测距结果Z_p也会发生相应变化，由此就造成了测距不准。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明提出一种自标定测距误差的修正方法、装置与自动驾驶系统，用于解决现有技术中双目相机造成自标定后测距不准确、误差较大的问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种自标定测距误差的修正方法，并采用如下技术方案：

一种自标定测距误差的修正方法包括：基于双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量；通过所述测距补偿常量对自标定前后的中心视差值进行修正，并通过修正后的测距公式进行测距计算。

根据本发明的另外一个方面，提供一种自标定测距误差的修正装置，并采用如下技术方案：

一种自标定测距误差的修正装置包括：计算模块，用于基于双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量；修正模块，用于通过所述测距补偿常量对自标定前后的中心视差值进行修正，并通过修正后的测距公式进行测距计算。

根据本发明的又一个方面，提供一种自动驾驶系统，并采用如下技术方案：

一种自动驾驶系统包括上述的修正装置。

本发明通过对在双目相机的使用过程中，自标定前后会产生中心视差，因此对中心视差值进行修正，使双目相机在自标定前后，测距准确、误差不大。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明背景技术所述的双目相机测距原理图；

图2表示本发明实施例所述的自标定测距误差的修正方法的流程图；

图3表示本发明实施例所述的由原始图像得到Remap后的校正图像示意图；

图4表示本发明实施例所述的自标定测距误差的修正装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，基于图1所示，引入测距误差的地方主要是由于P点在右侧成像面前后两次成像位置的不同，即x_2a与x_2b所对应的等效像素位置x₃和x₄不同。引入一个补偿常量△d＝x₃-x₄表示对变化前后视差值的修正量，则由此对公式(1)的修正方案可以得到下面公式

对于图1所示例的情况来看，公式(2)可以得到一个较为精确的测距结果。

因此，求取△d，对中心视差值进行修正，得到修正后的测距公式进行测距计算。

具体参见图2所示，图2表示本发明实施例所述的一种自标定测距误差的修正方法的流程图。

一种自标定测距误差的修正方法包括：

S101：基于双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量；

S103：通过所述测距补偿常量对自标定前后的中心视差值进行修正，并通过修正后的测距公式进行测距计算。

在步骤S101中，基于双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量。因为对于自标定前后的双目相机参数来说，仅有外参R(旋转矩阵)和T(平移矩阵)发生变化。单目相机的内参M(内参矩阵)和畸变系数矩阵K(包括径向畸变和切向畸变系数)并没有发生变化。因此，对于由单目相机成像的原始图像得到的校正图像应该还是没有变化的，如图3所示。

更具体的，图3中P00，P01，P11，P10是原始图的四个角点，(cx,cy)是四个角点确定的几何中心，如公式(3)所示。

其中P00.x代表P00点的x坐标，P00.y代表P00点的y坐标，其余符号含义类似。则校正图中的图像中心位置(c’x,c’y)也满足类似公式(3)的条件。

分别对左、右单目图像完成上述Remap过程后，可以分别得到左、右图向的四个角点校正后的点集PL和PR。并对右图像的角点点集添加自标定后生成的新的外参变化。

如公式(4)所示为方案一，即左图角点PL保持不变，右图的角点PR先旋转R后再平移T。

PR_new＝R·PR_old+T 公式(4)

公式(4’)所示为方案二，即左图角点PL旋转-R/2，右图角点旋转R/2，然后右图角点再平移T。

其中PR_old是单目校正后的角点点集，PR_new是添加外参变化后的角点点集，R和T是自标定得到的外参。再次根据公式(3)计算左右相机在自标定得到的内外参共同作用下得到的平行等位图像的中心点(c_Lx,c_Ly),(c_Rx,c_Ry)。

同理也可以利用自标定之前的外参R’和T’计算得到自标定之前内外参作用下的图像中心点(c’_Lx,c’_Ly),(c’_Rx,c’_Ry)。

则自标定前后，图像的中心点视差如公式(5)所示。

利用公式(6)可以更加方便的计算补偿常量。

Δd＝d_old-d_new 公式(6)

综上可知，步骤S101是对补偿常量的求取，步骤S103中通过步骤S101获取的测距补偿常量，带入公式(2)进行测距计算。

本实施例针对双目相机的使用过程中，快速自标定方法破坏了原位姿参数下的测距模型，造成自标定后测距不准确、误差较大的问题，给出一种自标定测距误差的修正方法的具体实施方式，通过对测距补偿常量的求取，对测距公式进行修正，用修正后的测距公式进行测距计算，以获取准确测距结果，使得自动驾驶更加安全。

图4表示本发明实施例所述的自标定测距误差的修正装置的结构示意图。

参见图4所示，一种自标定测距误差的修正装置，包括：计算模块40，用于基于双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量；修正模块42，用于通过所述测距补偿常量对自标定前后的中心视差值进行修正，并通过修正后的测距公式进行测距计算。

可选地，所述计算模块40包括：第一标定模块(图中未示)，用于分别对左图像及右图像进行图像自标定，得到自标定后的左图像角点集PL及右图像角点集PR；添加模块(图中未示)，用于对所述右图像角点集PR添加自标定后生成的新参数，得到新的角点集PR_new；第一计算子模块(图中未示)，用于基于所述左图像角点集PL及新的角点点集PR_new计算标定后的中心点坐标；第二计算子模块(图中未示)，用于基于所述标定后的中心点坐标计算所述测距补偿常量。

可选地，所述计算模块40包括：第二标定模块(图中未示)，用于分别对左图像及右图像进行图像自标定，得到自标定后的左图像角点集PL及右图像角点集PR；执行模块(图中未示)，用于对所述左图像角点集PL执行旋转-R/2，得到新的左图像角点集PL_new，对所述右图像角点集PR执行旋转R/2，右图角点再平移T，得到新的右图像角点集PR_new；第三计算子模块(图中未示)，用于基于所述新的左图像角点集PL_new与所述新的右图像角点集PR_new计算标定后的中心点坐标；第四计算子模块(图中未示)，用于基于所述标定后的中心点坐标计算所述测距补偿常量。

可选地，所述第二计算子模块(图中未示)或所述第四计算子模块(图中未示)还用于：通过标定前的中心点坐标与标定后的中心点坐标计算中心点视差，计算公式为：

其中，d_old为自标定前的中心视差，d_new为自标定后的中心视差，c_Lx，c_Rx为自标定后的的中心点坐标，c′_Lx，c′_Rx为自标定前的中心点坐标；

再通过所述中心点视差计算所述测距补偿常量，计算公式为：

Δd＝d_old-d_new 公式(6)

其中，△d为测距补偿常量。

本发明提供的一种自动驾驶系统包括上述的修正装置。

综上，本发明针对双目相机的使用过程中，快速自标定方法破坏了原位姿参数下的测距模型，造成自标定后测距不准确、误差较大的问题，给出一种自标定测距误差的修正方法、装置及自动驾驶系统，通过分别对左、右单目图像完成Remap过程后，分别得到左、右图向的四个角点校正后的点集PL和PR。并对右图像的角点点集添加自标定后生成的新的外参变化，对测距补偿常量的求取，对测距公式进行修正，用修正后的测距公式进行测距计算，以获取准确测距结果，使得自动驾驶更加安全。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种自标定测距误差的修正方法，应用于双目相机系统，其特征在于，包括：

基于双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量；

通过所述测距补偿常量对自标定前后的中心视差值进行修正，并通过修正后的测距公式进行测距计算；

其中，所述双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量包括：

分别对左图像及右图像进行图像自标定，得到自标定后的左图像角点集PL及右图像角点集PR；

对所述右图像角点集PR添加自标定后生成的新参数，得到新的角点集PR_new；

基于所述左图像角点集PL及新的角点点集PR_new计算标定后的中心点坐标；

基于所述标定后的中心点坐标计算所述测距补偿常量。

2.如权利要求1所述的修正方法，其特征在于，所述双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量包括：

分别对左图像及右图像进行图像自标定，得到自标定后的左图像角点集PL及右图像角点集PR；

对所述左图像角点集PL执行旋转-R/2，得到新的左图像角点集PL_new，对所述右图像角点集PR执行旋转R/2，右图角点再平移T，得到新的右图像角点集PR_new；

基于所述新的左图像角点集PL_new与所述新的右图像角点集PR_new计算标定后的中心点坐标；

基于所述标定后的中心点坐标计算所述测距补偿常量。

3.如权利要求1或2所述的修正方法，其特征在于，所述基于所述标定后的中心点坐标计算所述测距补偿常量包括：

通过标定前的中心点坐标与标定后的中心点坐标计算中心点视差，计算公式为：

其中，d_old为自标定前的中心视差，d_new为自标定后的中心视差，c_Lx，c_Rx为自标定后的的中心点坐标，c′_Lx，c′_Rx为自标定前的中心点坐标；

再通过所述中心点视差计算所述测距补偿常量，计算公式为：

Δd＝d_old-d_new 公式(6)

其中，Δd为测距补偿常量。

4.如权利要求3所述的修正方法，其特征在于，所述通过所述测距补偿常量对自标定前后的中心视差值进行修正，并通过修正后的测距公式进行测距计算包括：

使用所述测距补偿常量对公式(1)进行修正，得到公式(2)：

其中，Z_p即为待求的P点的距离，B表示基线距离，f表示焦距，d即为P点在两个相机图像中的视差，Δd为测距补偿常量。

5.一种自标定测距误差的修正装置，应用于双目相机系统，其特征在于，包括：

计算模块，用于基于双目相机的左单目图像信息及右单目图像信息计算测距补偿常量；

修正模块，用于通过所述测距补偿常量对自标定前后的中心视差值进行修正，并通过修正后的测距公式进行测距计算；

其中，所述计算模块包括：

第一标定模块，用于分别对左图像及右图像进行图像自标定，得到自标定后的左图像角点集PL及右图像角点集PR；

添加模块，用于对所述右图像角点集PR添加自标定后生成的新参数，得到新的角点集PR_new；

第一计算子模块，用于基于所述左图像角点集PL及新的角点点集PR_new计算标定后的中心点坐标；

第二计算子模块，用于基于所述标定后的中心点坐标计算所述测距补偿常量。

6.如权利要求5所述的修正装置，其特征在于，所述计算模块包括：

第二标定模块，用于分别对左图像及右图像进行图像自标定，得到自标定后的左图像角点集PL及右图像角点集PR；

执行模块，用于对所述左图像角点集PL执行旋转-R/2，得到新的左图像角点集PL_new，对所述右图像角点集PR执行旋转R/2，右图角点再平移T，得到新的右图像角点集PR_new；

第三计算子模块，用于基于所述新的左图像角点集PL_new与所述新的右图像角点集PR_new计算标定后的中心点坐标；

第四计算子模块，用于基于所述标定后的中心点坐标计算所述测距补偿常量。

7.如权利要求6所述的修正装置，其特征在于，所述第二计算子模块或所述第四计算子模块还用于：通过标定前的中心点坐标与标定后的中心点坐标计算中心点视差，计算公式为：

其中，d_old为自标定前的中心视差，d_new为自标定后的中心视差，c_Lx，c_Rx为自标定后的的中心点坐标，c′_Lx，c′_Rx为自标定前的中心点坐标；

再通过所述中心点视差计算所述测距补偿常量，计算公式为：

Δd＝d_old-d_new 公式(6)

其中，Δd为测距补偿常量。

8.一种自动驾驶系统，其特征在于，包括权利要求5至7任一项所述的修正装置。

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