CN115471566A - 一种双目标定方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种双目标定方法和系统，得到标定参数在张正友标定法的基础上，在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，通过对应点纵坐标差异和实际测距数据与计算距离差异更新双目相机的内外参数达到标定及测距的目的。

Description

一种双目标定方法和系统

技术领域

本发明实施例涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种双目标定方法和系统。

背景技术

随着人类科学技术的不断发展和需要，摄像机的应用越来越广泛，在社会生活方面发挥极其重要的作用。例如，在无人汽车上安装一个相机，车载终端进行相机标定后，可以获取前方图像的一个深度信息，识别不同的障碍物距离。双目立体视觉相机利用两个相机从不同角度对前方目标信息进行图像采集，并在三维空间中重建该拍摄目标的深度信息，以实现检测并跟踪运动目标等。双目立体视觉相机的标定精度很大程度上决定了后续的双目测量精度，因此一直都是研究的重点。

当前双目测距常用的标定方法是张正友标定法，张正友标定法是一种基于2D平面靶标的摄影机标定，通过拍摄多张标定板的图片，再通过多个实际中的点(世界坐标)和图片上的点(像素坐标)的一一对应，即可求出世界坐标和像素坐标的对应关系。但是该方法需要在使用场景拍摄标定板，然而有些场景并不能在合适的位置拍摄到标定板，因此张正友标定法在使用场景无法拍摄到标定板时不能很好地测距。

发明内容

本发明实施例提供一种双目标定方法和系统，在张正友标定法的基础上，通过对应点纵坐标差异和实际测距数据与计算距离差异更新双目相机的内外参数，达到标定及测距的目的。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种双目相机标定方法，包括：

步骤S1、在能拍摄到标定板图像的第一使用场景下，基于张正友标定方法对双目相机进行初步标定，获取初始相机参数；

步骤S2、在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；

步骤S3、获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；

步骤S4、基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，得到标定参数。

作为优选的，所述步骤S3具体包括：

基于激光测距方法确定所述实际点到左相机的测量距离；

基于所述标定参数和所述标定点在所述左相机、右相机对应的坐标，确定所述标记点到左相机、右相机的计算距离；

比较所述左相机的计算距离和所述测量距离，确定距离差异。

作为优选的，所述步骤S2具体包括：

在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，基于双目相机的左相机、右相机分别拍摄所述第二使用场景，得到左目图像、右目图像；

获取所述左目图像、右目图像中若干标记点，所述标记点为所述左目图像和所述右目图像共同拍摄到的第二使用场景上的实际点；获取所述测距点在所述左目图像和所述右目图像上对应的坐标。

作为优选的，所述步骤S4中具体包括：

获取所有标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值，以每个标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值为一组，进行差异化分析，以使同一标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值相同，并基于所有标定点的差异以及所有标定点的距离差异更新所述初始化参数。

作为优选的，还包括：

基于标定参数进行双目测距。

第二方面，本发明实施例提供一种双目相机标定系统，包括：

初始标定模块，在能拍摄到标定板图像的第一使用场景下，基于张正友标定方法对双目相机进行初步标定，获取初始相机参数；

特殊场景拍摄模块，在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；

测距模块，获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；

标定模块，基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，得到标定参数。

作为优选的，所述测距模块具体用于：

基于激光测距方法确定所述实际点到左相机的测量距离；

基于所述标定参数和所述标定点在所述左相机、右相机对应的坐标，确定所述标记点到左相机、右相机的计算距离；

比较所述左相机的计算距离和所述测量距离，确定距离差异。

作为优选的，所述特殊场景拍摄模块具体用于：

在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，基于双目相机的左相机、右相机分别拍摄所述第二使用场景，得到左目图像、右目图像；

获取所述左目图像、右目图像中若干标记点，所述标记点为所述左目图像和所述右目图像共同拍摄到的第二使用场景上的实际点；获取所述测距点在所述左目图像和所述右目图像上对应的坐标。

作为优选的，所述标定模块具体用于：

获取所有标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值，以每个标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值为一组，进行差异化分析，以使同一标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值相同，并基于所有标定点的差异以及所有标定点的距离差异更新所述初始化参数。

作为优选的，所述测距模块还用于基于标定参数进行双目测距。

本发明实施例提供的一种双目标定方法和系统，得到标定参数在张正友标定法的基础上，在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，通过对应点纵坐标差异和实际测距数据与计算距离差异更新双目相机的内外参数达到标定及测距的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的双目相机标定方法流程框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

本申请实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1为本发明实施例提供一种双目相机标定方法，包括：

步骤S1、在能拍摄到标定板图像的第一使用场景下，基于张正友标定方法对双目相机进行初步标定，获取初始相机参数；

在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定(或摄像机标定)。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。因此，做好相机标定是做好后续工作的前提，提高标定精度是科研工作的重点所在。

张正有标定法需要使用一个棋盘格标定板，实际标定过程中，需要打印一张标定板贴于某平面上，使用相机拍摄该标定板，得到一张图像。变换标定板的姿态和位置，可以得到多幅图像。这样采集的多幅图像就是标定算法的输入。

张正有标定法假设每幅标定板图像拍摄时，标定板都位于世界坐标系中Z_w＝0的平面上，且X_w和Y_w和标定板的两边平行。根据各个棋盘格子的宽度，可以得到各黑白块接触角点的世界坐标。对当前的标定板使用相机成像后，可以利用角点检测算法获取图像中各黑白接触角点的像素坐标。因为这些角点是一一对应的，所以可以建立多组角点从世界坐标系到像素坐标系的映射关系，也就是建立了多个方程组。通过多个方程组可以求解未知系数，也就是得到相机的内外参数矩阵和畸变系数，即初始相机参数，记录为parameterA。

步骤S2、在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；

本实施例中，在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，基于双目相机的左相机、右相机分别拍摄所述第二使用场景，得到左目图像(pictureLeft)、右目图像(pictureRight)；

获取所述左目图像、右目图像中若干标记点，所述标记点为所述左目图像和所述右目图像共同拍摄到的第二使用场景上的实际点；获取所述测距点在所述左目图像和所述右目图像上对应的坐标。即在pictureLeft和pictureRight同时拍到的公共区域上选取尽量多的、便于使用激光测距仪测距的点，并用工具获取到所选取图pictureLeft和pictureRight上的对应点的坐标，可以使用PS或者Windows系统自带的画图等工具采集点坐标。

步骤S3、获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；

基于激光测距方法确定所述实际点到左相机的测量距离；

基于所述标定参数和所述标定点在所述左相机、右相机对应的坐标，使用测距程序加载初始相机参数parameterA；确定所述标记点到左相机、右相机的计算距离；

比较所述左相机的计算距离和所述测量距离，确定距离差异。

步骤S4、基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，得到标定参数。

本实施例中，获取所有标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值，以每个标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值为一组，进行差异化分析，以使同一标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值相同，并基于所有标定点的差异以及所有标定点的距离差异更新所述初始化参数。

因为理想情况下pictureLeft和pictureRight中同一实际点对应的像素点的纵坐标应该相差不大，所以通过优化所有点纵坐标的差异以及所有点的距离差异更新张正友标定法获取的参数parameterA，最终可以获得使用场景无法拍摄到标定板情况下的相机参数parameterB，并且此参数在使用场景有较好的测距效果。

第二方面，本发明实施例提供一种双目相机标定系统，基于上述各实施例所述的双目相机标定方法，包括：

初始标定模块，在能拍摄到标定板图像的第一使用场景下，基于张正友标定方法对双目相机进行初步标定，获取初始相机参数；

特殊场景拍摄模块，在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；

测距模块，获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，基于双目相机的左相机、右相机分别拍摄所述第二使用场景，得到左目图像、右目图像；

获取所述左目图像、右目图像中若干标记点，所述标记点为所述左目图像和所述右目图像共同拍摄到的第二使用场景上的实际点；获取所述测距点在所述左目图像和所述右目图像上对应的坐标。

基于激光测距方法确定所述实际点到左相机的测量距离；

基于所述标定参数和所述标定点在所述左相机、右相机对应的坐标，确定所述标记点到左相机、右相机的计算距离；

比较所述左相机的计算距离和所述测量距离，确定距离差异。

标定模块，基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，得到标定参数。

获取所有标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值，以每个标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值为一组，进行差异化分析，以使同一标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值相同，并基于所有标定点的差异以及所有标定点的距离差异更新所述初始化参数。

综上所述，本发明实施例提供的一种双目标定方法和系统，得到标定参数在张正友标定法的基础上，在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，通过对应点纵坐标差异和实际测距数据与计算距离差异更新双目相机的内外参数达到标定及测距的目的。

本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidStateDisk)等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种双目相机标定方法，其特征在于，包括：

步骤S1、在能拍摄到标定板图像的第一使用场景下，基于张正友标定方法对双目相机进行初步标定，获取初始相机参数；

步骤S2、在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；

步骤S3、获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；

步骤S4、基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，得到标定参数。

2.根据权利要求1所述的双目相机标定方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

基于激光测距方法确定所述实际点到左相机的测量距离；

基于所述标定参数和所述标定点在所述左相机、右相机对应的坐标，确定所述标记点到左相机、右相机的计算距离；

比较所述左相机的计算距离和所述测量距离，确定距离差异。

3.根据权利要求1所述的双目相机标定方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，基于双目相机的左相机、右相机分别拍摄所述第二使用场景，得到左目图像、右目图像；

获取所述左目图像、右目图像中若干标记点，所述标记点为所述左目图像和所述右目图像共同拍摄到的第二使用场景上的实际点；获取所述测距点在所述左目图像和所述右目图像上对应的坐标。

4.根据权利要求3所述的双目相机标定方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

获取所有标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值，以每个标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值为一组，进行差异化分析，以使同一标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值相同，并基于所有标定点的差异以及所有标定点的距离差异更新所述初始化参数。

5.根据权利要求1所述的双目相机标定方法，其特征在于，还包括：

基于标定参数进行双目测距。

6.一种双目相机标定系统，其特征在于，包括：

初始标定模块，在能拍摄到标定板图像的第一使用场景下，基于张正友标定方法对双目相机进行初步标定，获取初始相机参数；

特殊场景拍摄模块，在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，获取第二使用场景中的若干标定点在双目相机的左相机、右相机中的坐标；

测距模块，获取初始相机参数下所述标定点到左相机、右相机的计算距离，以及激光测距获得的所述标定点的实际距离；确定所述计算距离和所述实际距离的距离差异；

标定模块，基于标定点在所述左相机和所述右相机对应的坐标的纵坐标值的差异，以及所述计算距离和所述实际距离的距离差异，更新所述初始相机参数，得到标定参数。

7.根据权利要求6所述的双目相机标定系统，其特征在于，所述测距模块具体用于：

基于激光测距方法确定所述实际点到左相机的测量距离；

基于所述标定参数和所述标定点在所述左相机、右相机对应的坐标，确定所述标记点到左相机、右相机的计算距离；

比较所述左相机的计算距离和所述测量距离，确定距离差异。

8.根据权利要求6所述的双目相机标定系统，其特征在于，所述特殊场景拍摄模块具体用于：

在不能拍摄到标定板图像的第二使用场景下，基于双目相机的左相机、右相机分别拍摄所述第二使用场景，得到左目图像、右目图像；

获取所述左目图像、右目图像中若干标记点，所述标记点为所述左目图像和所述右目图像共同拍摄到的第二使用场景上的实际点；获取所述测距点在所述左目图像和所述右目图像上对应的坐标。

9.根据权利要求8所述的双目相机标定系统，其特征在于，所述标定模块具体用于：

获取所有标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值，以每个标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值为一组，进行差异化分析，以使同一标定点在所述左目图像、所述右目图像中的纵坐标值相同，并基于所有标定点的差异以及所有标定点的距离差异更新所述初始化参数。

10.根据权利要求6所述的双目相机标定系统，其特征在于，所述测距模块还用于基于标定参数进行双目测距。

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