一种多个相机快速标定方法及装置与流程

1.本发明涉及巷道扫描技术领域，特别是涉及一种多个相机快速标定方法及装置。


背景技术：

2.目前针对矿井巷道工程以及隧道工程的病害检测装置众多，利用检测装置可以对井巷工程及隧道工程结构表面、变形进行快速非接触无损数据采集，针对不同的病害会使用特定的检测装置。
3.当前针对井巷工程及隧道工程病害检测中，可以通过图像设备无接触检测的病害，例如使用ccd相机针对表面裂缝、表面龟裂、剥落剥离、圧溃等病害进行检测；激光扫描设备针对隧道变形、断面收敛等病害进行检测；利用红外热成像仪针对渗漏水等病害进行检测。所以，一般会在检测设备上安装多相机进行检测。
4.然而每个相机在使用时，都需要进行标定，现有的方法是每个相机进行标定，整个过程繁琐冗长，严重拖累检测效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有的多个相机标定效率低下的问题，提供一种多个相机快速标定方法及装置。
6.本发明采用的技术方案为：一种多个相机快速标定方法，包括：
7.s1、选取其中一个相机采集棋盘格标定图像；
8.s2、用张氏标定法对该相机外参矩阵进行求解；
9.s3、计算该相机的内参矩阵，并结合其外参矩阵，对其进行标定；
10.s4、根据其它相机与该相机的位置关系，获取其它相机的外参矩阵；
11.s5、计算其它相机的内参矩阵，并结合其它相机的外参矩阵，进行标定。
12.进一步的，步骤s2包括：
13.s21、对图像中的标定板角点进行检测，得到标定板角点的像素坐标轴；
14.s22、结合标定板的尺寸数据，得到标定板角点的物理坐标值；
15.s23、根据标定板角点的物理坐标值、旋转矩阵以及平移向量计算该相机的外参矩阵。
16.进一步的，在步骤s23中，该相机外参矩阵为：
[0017][0018]
其中，u、v、w为世界坐标系下一点的物理坐标，r表示旋转矩阵，t表示平移矢量。
[0019]
进一步的，步骤s3包括：
[0020]
s31、计算该相机的内参矩阵；利用该相机已知的焦距、像素在相机感光板上的物
理长度、相机感光板中心在像素坐标系下的坐标以及感光板的横边和纵边之间的角度计算该相机的内参矩阵；该相机的内参矩阵为：
[0021][0022]
其中，f为相机的焦距；dx、dy分别表示方x,y向上的一个像素在相机感光板上的物理长度；u0、v0分别表示相机感光板中心在像素坐标系下的坐标；θ表示感光板的横边和纵边之间的角度；
[0023]
s32、计算该相机的内参矩阵与该相机的外参矩阵的乘积，完成对该相机的标定。
[0024]
进一步的，简化标定公式后，得到：
[0025][0026]
其中，(u,v,w)为世界坐标系下一点的物理坐标，(u,v)为该点对应的像素坐标，z为尺度因子；f为相机的焦距；dx、dy分别表示方x,y向上的一个像素在相机感光板上的物理长度；u0、v0分别表示相机感光板中心在像素坐标系下的坐标；θ表示感光板的横边和纵边之间的角度，t表示平移矢量，r1、r2为旋转矩阵的前两列；
[0027]
令a(r1r2t)记为矩阵h，h即为内参矩阵和外参矩阵的积，根据一张图片上的多个角点，利用最小二乘法推理可得矩阵h：
[0028][0029][0030]
其中，h
mn
表示矩阵h中第m行第n列，(u,v)为该点对应的像素坐标。
[0031]
进一步的，步骤s4包括：
[0032]
s41、获取其它相机与该相机的位置关系；
[0033]
s42、进行空间坐标转换，完成对其它相机的外参矩阵获取。
[0034]
进一步的，步骤s42中其它相机的外参矩阵为：
[0035][0036]
其中，r1、r2为旋转矩阵r的前两列，m为其它相机与该相机的轴线夹角。
[0037]
进一步的，步骤s5包括：
[0038]
s51、根据其它相机的内参参数计算其内参矩阵，其他相机的内参矩阵为：
[0039][0040]
其中，f为相机的焦距；dx、dy分别表示方x,y向上的一个像素在相机感光板上的物理长度；u0、v0分别表示相机感光板中心在像素坐标系下的坐标；θ表示感光板的横边和纵边之间的角度；
[0041]
步骤s52，根据其它相机的内参矩阵以及外参矩阵完成其它相机的标定。
[0042]
进一步的，步骤s1中棋盘格标定图像数量为25。
[0043]
本发明还提供一种多个相机快速标定装置，包括
[0044]
选取采集单元，用于选取其中一个相机采集棋盘格标定图像；
[0045]
外参求解单元，用于计算选取采集单元选取的相机的外参矩阵；
[0046]
标定单元，用于计算选取采集单元选取的相机的内参矩阵并结合外参矩阵，计算标定公式，完成标定；
[0047]
位置关系确认单元，用于确认其他相机与采集单元选取的相机的位置关系；
[0048]
变换单元，用于根据其他相机与采集单元选取的相机的位置关系，变换标定单元的标定公式，完成其他相机的标定。
[0049]
本发明提出一种多个相机快速标定方法，其先对其中一个相机进行标定，再根据其它相机与该相机的位置关系，进行空间变换，也完成标定；相对于现有技术，本发明只需要其中一个相机进行拍照，就可以实现全部相机的标定，提高了标定的效率。
[0050]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0051]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0052]
图1所示为本发明提供的一种针对多病害的扫描设备的结构示意图。
具体实施方式
[0053]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0054]
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
[0055]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0056]
实施例1
[0057]
下面结合附图介绍本发明提供的针对多病害的扫描设备：
[0058]
请参阅图1，为本发明提供的一种多个相机快速标定方法，其包括以下步骤：
[0059]
s1、选取其中一个相机采集棋盘格标定图像；
[0060]
s2、用张氏标定法对该相机外参矩阵进行求解；
[0061]
s3、计算该相机的内参矩阵，并结合其外参矩阵，对其进行标定；
[0062]
s4、根据其它相机与该相机的位置关系，获取其它相机的外参矩阵；
[0063]
s5、计算其它相机的内参矩阵，并结合其它相机的外参矩阵，进行标定。
[0064]
与现有技术相比，本发明实施例提供的多个相机快速标定方法，通过首先对其中一个相机进行张氏标定法、确定内参矩阵以及外参矩阵，完成标定；再根据其它相机与该相机的位置关系，在该相机的内参矩阵以及外参矩阵进行变换，完成标定；其只需要进行一次完整的标定，就可以对所有相机完成标定，有效缩减标定流程，提高标定的效率。
[0065]
具体地，步骤s1中选取已知尺寸的棋盘格作为标定板，在采集每张标定图片时，要求棋盘格标定板完全在视野中可见，标定板有尽可能多的姿态，采集若干张图片，例如大约25张图片。
[0066]
具体地说，步骤s2包括：
[0067]
s21、对图像中的标定板角点进行检测，得到标定板角点的像素坐标轴；
[0068]
s22、结合标定板的尺寸数据，得到标定板角点的物理坐标值；
[0069]
s23、根据标定板角点的物理坐标值、旋转矩阵以及平移向量计算该相机的外参矩阵。
[0070]
具体地，在步骤s23中，该相机外参矩阵为：
[0071][0072]
其中，u、v、w为世界坐标系下一点的物理坐标，r表示旋转矩阵，t表示平移矢量。
[0073]
本发明实施例通过找寻并确定图像中的标定板角点，结合标定板的尺寸数据，得到标定板角点的物理坐标值；进而得到外参矩阵；能够提高标定板角点的准确性，进一步提高外参矩阵的准确性。
[0074]
具体地说，在步骤s3包括：
[0075]
s31、计算该相机的内参矩阵；利用该相机已知的焦距、像素在相机感光板上的物理长度、相机感光板中心在像素坐标系下的坐标以及感光板的横边和纵边之间的角度计算该相机的内参矩阵；该相机的内参矩阵为：
[0076][0077]
其中，f为相机的焦距；dx、dy分别表示方x,y向上的一个像素在相机感光板上的物理长度；u0、v0分别表示相机感光板中心在像素坐标系下的坐标；θ表示感光板的横边和纵边之间的角度；
[0078]
s32、计算该相机的内参矩阵与该相机的外参矩阵的乘积，完成对该相机的标定。
[0079]
具体地说，标定公式为：
[0080][0081]
其中，(u,v,w)为世界坐标系下一点的物理坐标，(u,v)为该点对应的像素坐标，z为尺度因子；f为相机的焦距；dx、dy分别表示方x,y向上的一个像素在相机感光板上的物理长度；u0、v0分别表示相机感光板中心在像素坐标系下的坐标；θ表示感光板的横边和纵边之间的角度；r表示旋转矩阵，t表示平移矢量。
[0082]
而由于棋盘格为一平面，所以w＝0,则可以将上式简化为：
[0083][0084]
其中，(u,v,w)为世界坐标系下一点的物理坐标，(u,v)为该点对应的像素坐标，z为尺度因子；f为相机的焦距；dx、dy分别表示方x,y向上的一个像素在相机感光板上的物理长度；u0、v0分别表示相机感光板中心在像素坐标系下的坐标；θ表示感光板的横边和纵边之间的角度，t表示平移矢量，r1、r2为旋转矩阵的前两列；
[0085]
令a(r1r2t)记为矩阵h，h即为内参矩阵和外参矩阵的积，根据一张图片上的多个角点，利用最小二乘法推理可得矩阵h：
[0086][0087][0088]
其中，h
mn
表示矩阵h中第m行第n列，(u,v)为该点对应的像素坐标。
[0089]
相机的内参矩阵与其本身的参数有关，在购买相机时，其自身参数都是已知的。本发明实施例通过相机的自身参数快速得出其内参矩阵，内参矩阵乘以外参矩阵既能得到标定公式。
[0090]
具体地说，步骤s4包括：
[0091]
s41、获取其它相机与该相机的位置关系；
[0092]
s42、进行空间坐标转换，完成对其它相机的外参获取。
[0093]
具体而言，该相机的世界坐标确定，其它相机与该相机之间的位置关系(例如轴线夹角m)确定，在该相机的外参矩阵上进行空间变化，则能够得到其它相机的外参矩阵。
[0094]
例如，m＝60
°
，则其它相机的外参矩阵为：
[0095][0096]
本发明实施例根据其它相机与完成标定的相机的位置关系，在完成标定的相机的内参矩阵以及外参矩阵进行变换，得到对应相机的内参矩阵以及外参矩阵；其只需要进行一次完整的标定，就可以得到所有相机的内参矩阵以及外参矩阵，有效缩减标定流程，提高标定的效率。
[0097]
具体的，步骤s5包括：
[0098]
s51、根据其它相机的内参参数计算其内参矩阵，其他相机的内参矩阵为：
[0099][0100]
其中，f为相机的焦距；dx、dy分别表示方x,y向上的一个像素在相机感光板上的物理长度；u0、v0分别表示相机感光板中心在像素坐标系下的坐标；θ表示感光板的横边和纵边之间的角度；
[0101]
步骤s52，根据其它相机的内参矩阵以及外参矩阵完成其它相机的标定。
[0102]
本发明还提供一种多个相机快速标定装置，包括：
[0103]
选取采集单元，用于选取其中一个相机采集棋盘格标定图像；
[0104]
外参求解单元，用于计算选取采集单元选取的相机的外参矩阵；
[0105]
标定单元，用于计算选取采集单元选取的相机的内参矩阵并结合外参矩阵，计算标定公式，完成标定；
[0106]
位置关系确认单元，用于确认其他相机与采集单元选取的相机的位置关系；
[0107]
变换单元，用于根据其他相机与采集单元选取的相机的位置关系，变换标定单元的标定公式，完成其他相机的标定。
[0108]
本发明实施例提供的多个相机快速标定方法，通过首先对其中一个相机进行张氏标定法、确定内参矩阵以及外参矩阵，完成标定；再根据其它相机与该相机的位置关系，在该相机的内参矩阵以及外参矩阵进行变换，完成标定；其只需要进行一次完整的标定，就可以对所有相机完成标定，有效缩减标定流程，提高标定的效率。
[0109]
实施例2
[0110]
本发明的实施例2提供了电子设备，包括处理器、存储器及显示器。应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
[0111]
存储器在一些实施例中可以是电子设备的内部存储单元，例如电子设备的硬盘或
内存。存储器在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储设备，例如电子设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。
[0112]
进一步地，存储器还可既包括电子设备的内部储存单元也包括外部存储设备。存储器用于存储安装电子设备的应用软件及各类数据。
[0113]
处理器在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit，cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的基于点云数据的环境感知方法。
[0114]
显示器在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器用于显示在电子设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。电电子设备的部件通过系统总线相互通信。
[0115]
在一实施例中，当处理器执行存储器中的多个相机快速标定方法程序时，可实现以下步骤：
[0116]
选取其中一个相机采集棋盘格标定图像；
[0117]
用张氏标定法对该相机外参矩阵进行求解；
[0118]
计算该相机的内参矩阵，并结合其外参矩阵，对其进行标定；
[0119]
根据其它相机与该相机的位置关系，获取其它相机的外参矩阵；
[0120]
计算其它相机的内参矩阵，并结合其它相机的外参矩阵，进行标定。
[0121]
应当理解的是：处理器在执行存储器中的多个相机快速标定方法程序时，除了上面的功能之外，还可实现其它功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。
[0122]
进一步地，本发明实施例对提及的电子设备的类型不做具体限定，电子设备可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personal digitalassistant，pda)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载ios、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。
[0123]
本发明实施例提供的电子设备，用于实现多个相机快速标定方法，因此，多个相机快速标定方法所具备的技术效果，电子设备同样具备，在此不再赘述。
[0124]
实施例3
[0125]
本发明的实施例3提供了计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现实施例1提供的多个相机快速标定方法。
[0126]
本发明实施例提供的计算机存储介质，用于多个相机快速标定方法，因此，多个相机快速标定方法所具备的技术效果，计算机存储介质同样具备，在此不再赘述。
[0127]
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术
对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。