面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法、装置及设备与流程

本发明涉及机器视觉中的相机标定，尤其涉及面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法、装置及设备。

背景技术：

1、由于视觉测量技术具有高精度、非接触、动态测量等优点，基于图像的视觉测量技术在大型结构变形测量中广泛应用，测量系统标定是测量系统开发中最重要的一个环节，其中测量系统的标定效率与精度直接影响着视觉测量系统的测量效率与精度。因此，准确快速的测量系统参数标定是十分重要的。

2、在申请号为cn202410310560.0 的专利中，公开了一种单相机标定方法及系统。该现有技术是利用标准平面网格图像，先确定畸变中心，然后初始化焦距等外部参数，并结合模型化和非模型化方法确定相机参数。该技术需要利用标定平面网格，即仅能处理共面点，而对于户外场景空间点往往难以构建共面配置，空间点往往异面分布，且在远距离观测条件下，空间点沿景深方向分布又远远小于观测距离，属于奇异配置，在此配置下该方法无法实现相机参数标定，同时该技术需要多张图像才能实现标定。

3、在申请号为cn202410277095.5的专利中，公开一种畸变解耦的相机标定方法及系统。该现有技术是利用棋盘格平面靶板图像，根据初始中心角点相邻四个角点对中心角点进行校正，得到基准角点，根据基准角点结合集合约束，生成理想角点，并根据理想角点与实际角点对应关系标定相机参数。同样的，在此方法中，在奇异配置下无法实现相机参数标定，同时该技术需要多张图像才能实现标定。

4、也即，在野外大视场相机标定中，常常会出现由于场景过于单一而很难达到自标定所需要的场景约束和运动约束条件、立体标定所需要的强立体条件或者平面靶板标定所需要的绝对共面条件，在户外标定条件往往是奇异的，比如空间点数量少、远距离或近平面等空间分布奇异，在此条件下，现有的方法往往失效。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法、装置及设备，旨在解决现有技术中对野外大视场相机标定时，标定条件往往是奇异的，比如空间点数量少、远距离或近平面等空间分布奇异，导致无法实现相机参数的快速精准标定的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法，其包括：

3、获取与待标定相机对应的针孔相机模型，并基于所述针孔相机模型和预设构建信息对应构建初始线性方程；

4、基于预设转换策略对所述初始线性方程进行转换，得到齐次方程；

5、基于预设的零点分析策略对所述齐次方程进行零点分析处理，得到包括有若干对旋转矩阵元素和焦距的零点分析结果集；其中，所述零点分析结果集中每一个零点分析结果对应一对旋转矩阵元素和焦距；

6、基于预设的筛选策略对所述零点分析结果集进行筛选，得到筛选后零点分析结果；

7、基于所述筛选后零点分析结果确定当前初始平移向量；

8、基于预设的迭代优化策略对所述当前初始平移向量进行迭代优化，得到优化后平移向量，以使得所述待标定相机基于所述优化后平移向量进行标定。

9、第二方面，本发明实施例还提供了一种面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定装置，其包括：

10、初始线性方程构建单元，用于获取与待标定相机对应的针孔相机模型，并基于所述针孔相机模型和预设构建信息对应构建初始线性方程；

11、齐次方程获取单元，用于基于预设转换策略对所述初始线性方程进行转换，得到齐次方程；

12、零点分析处理单元，用于基于预设的零点分析策略对所述齐次方程进行零点分析处理，得到包括有若干对旋转矩阵元素和焦距的零点分析结果集；其中，所述零点分析结果集中每一个零点分析结果对应一对旋转矩阵元素和焦距；

13、初值筛选单元，用于基于预设的筛选策略对所述零点分析结果集进行筛选，得到筛选后零点分析结果；

14、初值获取单元，用于基于所述筛选后零点分析结果确定当前初始平移向量；

15、迭代优化单元，用于基于预设的迭代优化策略对所述当前初始平移向量进行迭代优化，得到优化后平移向量，以使得所述待标定相机基于所述优化后平移向量进行标定。

16、第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，其包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的方法。

17、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现上述第一方面所述的方法。

18、本发明实施例提供了面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法、装置及设备，方法包括：获取与待标定相机对应的针孔相机模型，并基于所述针孔相机模型和预设构建信息对应构建初始线性方程；基于预设转换策略对所述初始线性方程进行转换，得到齐次方程；基于预设的零点分析策略对所述齐次方程进行零点分析处理，得到包括有若干对旋转矩阵元素和焦距的零点分析结果集；其中，所述零点分析结果集中每一个零点分析结果对应一对旋转矩阵元素和焦距；基于预设的筛选策略对所述零点分析结果集进行筛选，得到筛选后零点分析结果；基于所述筛选后零点分析结果确定当前初始平移向量；基于预设的迭代优化策略对所述当前初始平移向量进行迭代优化，得到优化后平移向量，以使得所述待标定相机基于所述优化后平移向量进行标定。本发明实施例能从针孔相机模型出发，直接构建不基于中间变量的约束，从而提升对点分布情况的鲁棒性；而且采用基于旋转矩阵约束的零空间分析框架，具有高运算效率，能对待标定相机进行更快捷和高精度的标定。

技术特征：

1.一种面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设构建信息中包括旋转矩阵、平移向量和焦距；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预设转换策略对所述初始线性方程进行转换，得到齐次方程，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的零点分析策略对所述齐次方程进行零点分析处理，得到包括有若干对旋转矩阵元素和焦距的零点分析结果集，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述获取与所述待标定相机对应多个控制点，以及与每一控制点分别对应的控制点坐标的步骤之后，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的筛选策略对所述零点分析结果集进行筛选，得到筛选后零点分析结果，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的迭代优化策略对所述当前初始平移向量进行迭代优化，得到优化后平移向量，包括：

8.一种面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上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1-7中任一项所述的面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现如权利要求1-7中任一项所述的面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法。

技术总结本发明公开了面向户外视觉测量的相机快速鲁棒标定方法、装置及设备，方法包括：获取与待标定相机对应的针孔相机模型，并结合预设构建信息构建初始线性方程；基于预设转换策略对其进行转换得到齐次方程，并基于零点分析策略对其进行零点分析处理，得到零点分析结果集；基于筛选策略对零点分析结果集进行筛选，得到筛选后零点分析结果并确定当前初始平移向量；基于迭代优化策略对当前初始平移向量进行迭代优化，得到优化后平移向量以用于标定相机。本发明实施例能从针孔相机模型出发，直接构建不基于中间变量的约束，从而提升对点分布情况的鲁棒性；而且采用基于旋转矩阵约束的零空间分析框架，能对待标定相机进行更快捷和高精度的标定。技术研发人员：刘奔,王建,吴伟,易天琦,李超,张玉萍,钱雅超,周双喜受保护的技术使用者：中建科工集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2