CN116152347A - 一种车载摄像头安装姿态角标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载摄像头安装姿态角标定方法及系统，该方法包括：以预定方式安装标定板后，通过车载摄像头采集标定板图像；基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角，基于偏航角、俯仰角和翻滚角对车载摄像头的安装姿态角进行标定。通过该方案可以有效提高车载相机安装姿态角标定的准确性和可靠性，避免现有解算方法带来的结果不确定性。

Description

一种车载摄像头安装姿态角标定方法及系统

技术领域

本发明属于图像处理领域，尤其涉及一种车载摄像头安装姿态角标定方法及系统。

背景技术

随着ADAS(高级驾驶辅助系统)技术的快速发展，越来越多的车辆搭载了该系统，用以提升驾驶体验。车载摄像头作为ADAS中重要的组成部分，其感知标定结果直接影响高级驾驶辅助系统的车辆控制行为，因此，对车载摄像头安装姿态角进行标定，对车辆感知识别的准确性有着重要影响。

摄像头安装姿态角标定是指确定实际安装位置的相机坐标系(简称相机安装坐标系)与虚拟的水平位置的相机坐标系(简称相机理想坐标系)之间的转换关系。车载摄像头安装姿态角标定通用标定方法为：首先在标定场固定标定板，将车辆停放在可以拍摄到标定板的正前方合适位置，然后利用车载摄像头拍摄标定板；通过识别标定板2D信息，得到标定板在相机安装坐标系下的像素位置表示，再测量出标定板相对于相机的3D信息，得到标定板在相机理想坐标系下的表示；基于确定的标定板2D－3D匹配对信息，利用PnP(Perspective－n－Point)解算出相机姿态角。但由于利用PnP解算得到的不是封闭解，还有陷入局部最优的风险，这将导致相机姿态角标定准确性和可靠性存疑。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种车载摄像头安装姿态角标定方法及系统，用于解决车载摄像头姿态角解算结果准确性和可靠性偏差的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种车载摄像头安装姿态角标定方法，包括：

以预定方式安装标定板后，通过车载摄像头采集标定板图像；

基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角，基于偏航角、俯仰角和翻滚角对车载摄像头的安装姿态角进行标定。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种车载摄像头安装姿态角标定系统，包括：

图像采集模块，用于以预定方式安装标定板后，通过车载摄像头采集标定板图像；

姿态角解算模块，用于基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角，基于偏航角、俯仰角和翻滚角对车载摄像头的安装姿态角进行标定。

在本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例第一方面所述方法的步骤。

在本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例第一方面提供的所述方法的步骤。

本发明实施例中，基于预定方式安装的标定，直接利用识别的标定板2D信息计算摄像头安装姿态角，不仅实现过程简单，而且能够保证标定精度，同时避免了现有姿态角解算过程的不确定性，有效提升了车载相机姿态角标定的准确性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对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取其他附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种车载摄像头安装姿态角标定方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例提供的标定板平面示意图；

图3为本发明一个实施例提供的标定板另一平面示意图；

图4为本发明一个实施例提供的标定板安装示意图；

图5为本发明一个实施例提供的车载摄像头姿态角计算原理示意图；

图6为本发明一个实施例提供的一种车载摄像头安装姿态角标定系统的结构示意图；

图7为本发明的一个实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。此外，“第一”“第二”用于区分不同对象，并非用于描述特定顺序。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种车载摄像头安装姿态角标定方法的流程示意图，包括：

S101、以预定方式安装标定板后，通过车载摄像头采集标定板图像；

其中，所述标定板由三个部分组成，三个部分均为棋盘格，中间棋盘格的中心到左右两部分棋盘格距离相等，左、中、右三部分棋盘格相对位置水平；左、右两部分棋盘格均为斜对称的2×n棋盘格，式中n≥2，中间部分棋盘格为斜对称的2×2棋盘格。

标定板图案如图2和图3所示，标定板分为左、中、右三个部分，图2中标定板中间部分棋盘格可以为正方形，图3中标定板中间部分棋盘格可以为1/4圆。

具体的，在所述标定板安装过程中，如图4所示，标定板中心到地面的距离等于车载摄像头高度；

车身纵向与标定板平面垂直，且标定板中心正好处于摄像头理想坐标系(即虚拟的水平位置的相机坐标系)前向坐标轴上；

调整标定板与摄像头的水平距离使标定板位于摄像头FOV视场角中，且标定板与摄像头的水平距离大于预定值L；

其中，L＝2＊l＊f/H，式中l为标定板方格边长，f为摄像头焦距，H为摄像头感光区域垂直长度。

S102、基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角，基于偏航角、俯仰角和翻滚角对车载摄像头的安装姿态角进行标定。

所述角点是指标定板中棋盘格间的交点，如图2或图3所示，角点为黑色方块相交处的点。像素坐标是指角点像素在图像中的坐标，所述车载摄像头光心像素坐标可以由相机内参得到。

理想情况下，如果摄像头安装无偏差，相机安装坐标系与相机理想坐标系重合，所有棋盘格角点都应位于水平线上，光心0也与P重合。但由于存在安装角度的偏差，因此，可以利用角点的位置偏差来计算安装姿态角。

具体的，如图5所示，设车载摄像头检测到标定板上角点对应的像素坐标依次为

P(X_P,Y_P)、/>

且光心像素坐标为O(X_O,Y_O)，则根据公式分别计算偏航角yaw、俯仰角pitch、翻滚角roll：

式中，f为摄像头焦距，pix为感光区域像素大小，atan为反正切函数；

其中，PL1和PL2为标定板中左侧棋盘格角点，P为标定板中间棋盘格角点，PR1、PR2为标定板中右侧棋盘格角点。

本实施例中，基于预定方式安装的标定板，利用已知的标定板2D信息解算得到摄像头安装姿态角，可以在保证标定精度的同时，避免现有解算方式存在的不确定性，能够保障解算的稳定性和可靠性，并且实施过程简单。

应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图6为本发明实施例提供的一种车载摄像头安装姿态角标定系统的结构示意图，该系统包括：

图像采集模块610，用于以预定方式安装标定板后，通过车载摄像头采集标定板图像；

其中，所述标定板由三个部分组成，三个部分均为棋盘格，中间棋盘格的中心到左右两部分棋盘格距离相等，左、中、右三部分棋盘格相对位置水平；

左、右两部分棋盘格均为斜对称的2×n棋盘格，式中n≥2，中间部分棋盘格为斜对称的2×2棋盘格。

具体的，所述以预定方式安装标定板包括：

标定板中心到地面的距离等于车载摄像头高度；

车身纵向与标定板平面垂直，且标定板中心正好处于摄像头理想坐标系前向坐标轴上；

调整标定板与摄像头的水平距离使标定板位于摄像头FOV视场角中，且标定板与摄像头的水平距离大于预定值L；

其中，L＝2＊l＊f/H，式中l为标定板方格边长，f为摄像头焦距，H为摄像头感光区域垂直长度。

姿态角解算模块620，用于基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角，基于偏航角、俯仰角和翻滚角对车载摄像头的安装姿态角进行标定。

具体的，设车载摄像头检测到标定板上角点对应的像素坐标依次为

P(X_P,Y_P)、/>

且光心像素坐标为O(X_O,Y_O)，则根据公式分别计算偏航角yaw、俯仰角pitch、翻滚角roll：

式中，f为摄像头焦距，pix为感光区域像素大小，atan为反正切函数；

其中，PL1和PL2为标定板中左侧棋盘格角点，P为标定板中间棋盘格角点，PR1、PR2为标定板中右侧棋盘格角点。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程可以参考前述方法实施例中对应的过程，在此不再赘述。

图7是本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。所述电子设备用于车载摄像头的安装姿态角标定。如图7所示，该实施例的电子设备7包括：存储器710、处理器720以及系统总线730，所述存储器710包括存储其上的可运行的程序7101，本领域技术人员可以理解，图7中示出的电子设备结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

下面结合图7对电子设备的各个构成部件进行具体的介绍：

存储器710可用于存储软件程序以及模块，处理器720通过运行存储在存储器710的软件程序以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。存储器710可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据电子设备的使用所创建的数据(比如缓存数据)等。此外，存储器710可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

在存储器710上包含网络请求方法的可运行程序7101，所述可运行程序7101可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或多个模块/单元被存储在所述存储器710中，并由处理器720执行，以实现相机姿态角标定等，所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序7101在所述电子设备7中的执行过程。例如，所述计算机程序7101可以被分割为图像采集模块、姿态角标定模块等功能模块。

处理器720是电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器710内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器710内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体状态监控。可选的，处理器720可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器720可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器720中。

系统总线730是用来连接计算机内部各功能部件，可以传送数据信息、地址信息、控制信息，其种类可以是例如PCI总线、ISA总线、CAN总线等。处理器720的指令通过总线传递至存储器710，存储器710反馈数据给处理器720，系统总线730负责处理器720与存储器710之间的数据、指令交互。当然系统总线730还可以接入其他设备，例如网络接口、显示设备等。

在本发明实施例中，该电子设备所包括的处理720执行的可运行程序包括：

以预定方式安装标定板后，通过车载摄像头采集标定板图像；

基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角，基于偏航角、俯仰角和翻滚角对车载摄像头的安装姿态角进行标定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、设备和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述，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)

1.一种车载摄像头安装姿态角标定方法，其特征在于，包括：

以预定方式安装标定板后，通过车载摄像头采集标定板图像；

基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角，基于偏航角、俯仰角和翻滚角对车载摄像头的安装姿态角进行标定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定板由三个部分组成，三个部分均为棋盘格，中间棋盘格的中心到左右两部分棋盘格距离相等，左、中、右三部分棋盘格相对位置水平；

左、右两部分棋盘格均为斜对称的2×n棋盘格，式中n≥2，中间部分棋盘格为斜对称的2×2棋盘格。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以预定方式安装标定板包括：

标定板中心到地面的距离等于车载摄像头高度；

车身纵向与标定板平面垂直，且标定板中心正好处于摄像头理想坐标系前向坐标轴上；

调整标定板与摄像头的水平距离使标定板位于摄像头FOV视场角中，且标定板与摄像头的水平距离大于预定值L；

其中，L＝2＊l＊f/H，式中l为标定板方格边长，f为摄像头焦距，H为摄像头感光区域垂直长度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角具体为：

设车载摄像头检测到标定板上角点对应的像素坐标依次为

P(X_P,Y_P)、/>

且光心像素坐标为O(X_O,Y_O)，则根据公式分别计算偏航角yaw、俯仰角pitch、翻滚角roll：

式中，f为摄像头焦距，pix为感光区域像素大小，atan为反正切函数；

其中，PL1和PL2为标定板中左侧棋盘格角点，P为标定板中间棋盘格角点，PR1、PR2为标定板中右侧棋盘格角点。

5.一种车载摄像头安装姿态角标定系统，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于以预定方式安装标定板后，通过车载摄像头采集标定板图像；

姿态角解算模块，用于基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角，基于偏航角、俯仰角和翻滚角对车载摄像头的安装姿态角进行标定。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述标定板由三个部分组成，三个部分均为棋盘格，中间棋盘格的中心到左右两部分棋盘格距离相等，左、中、右三部分棋盘格相对位置水平；

左、右两部分棋盘格均为斜对称的2×n棋盘格，式中n≥2，中间部分棋盘格为斜对称的2×2棋盘格。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述以预定方式安装标定板包括：

标定板中心到地面的距离等于车载摄像头高度；

车身纵向与标定板平面垂直，且标定板中心正好处于摄像头理想坐标系前向坐标轴上；

调整标定板与摄像头的水平距离使标定板位于摄像头FOV视场角中，且标定板与摄像头的水平距离大于预定值L；

其中，L＝2＊l＊f/H，式中l为标定板方格边长，f为摄像头焦距，H为摄像头感光区域垂直长度。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述基于标定板图像中角点像素坐标及车载摄像头光心像素坐标，分别计算车载摄像头的偏航角、俯仰角和翻滚角具体为：

设车载摄像头检测到标定板上角点对应的像素坐标依次为

P(X_P,Y_P)、/>

且光心像素坐标为O(X_O,Y_O)，则根据公式分别计算偏航角yaw、俯仰角pitch、翻滚角roll：

式中，f为摄像头焦距，pix为感光区域像素大小，atan为反正切函数；

其中，PL1和PL2为标定板中左侧棋盘格角点，P为标定板中间棋盘格角点，PR1、PR2为标定板中右侧棋盘格角点。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的一种车载摄像头安装姿态角标定方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至4任一项所述的一种车载摄像头安装姿态角标定方法的步骤。

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