(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210493344.5 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 关棒磊　易见为　梁顺坤　孙祥一　 尚洋　 (74)专利代理 机构 长沙国科天河知识产权代理 有限公司 432 25 专利代理师 段盼姣 (51)Int.Cl. G06T 7/80(2017.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 基于通用成像模型的平行光管出射光束建 模和像机内参数标定方法 (57)摘要 本申请涉及一种基于通用成像模型的平行 光管出射光束建模和像机内参数标定方法和系 统， 采用具有星型标定图案分划板的平行光管， 使用通用摄像机对平行光管星型标定图案进行 拍照数据采集， 对采集的标定数据集进行特征提 取， 根据已经提取得到的图像特征进行通用摄像 机标定， 并进一步根据标定得到的内参数对平行 光管进行建模， 其他待 标定摄像机拍摄已建模的 平行光管， 确定标志点坐标， 使用参数化标定模 型即可完成对其他待标定摄像机内参数进行标 定。 采用本方法或系统能够实现基于平行光管的 大视场通用摄像机内参数标定， 可检验平行光管 出射光束的平行度， 提高特征提取的鲁棒性与准 确性， 提高了标定精度， 并且本方法实现了标定 流程的自动化， 较传统方法更为便捷。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114758015 A 2022.07.15 CN 114758015 A 1.一种基于通用成像模型的平行光管出射光束建模和像机 内参数标定方法， 其特征在 于， 所述方法包括： 在平行光管的分划板处安装星型标定图案， 所述星型标定图案由多个特殊星型图案重 复组合而成， 每个特殊星型图案用方形表示， 每一个方形内都由特定段数 的黑白相间的线 段组成； 使用通用摄 像机对平行光管内的星型 标定图案进行拍照数据采集； 对采集的标定数据集进行 特征提取， 提取 特征位置是 所述星型图案的中心； 根据已经提取 得到的图像特 征进行通用摄 像机标定； 对平行光管出射光束进行建模， 确定平行光管的光线方向与角度指向信息， 建立参数 化标定模型； 将其他待标定摄像机拍摄已建模的平行光管， 根据平行光管的光线方向与角度指向信 息确定标志点坐标， 将标志点坐标代入参数化标定模型， 对其他待标定摄像机内参数进行 标定。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述每个特殊星型图案用方形表示， 每一 个方形内都由特定段 数的黑白相间的线段组成， 包括： 每一个方形内的黑白线段是面积相近的三角形色块， 这些色块以黑白相间的方式围绕 方形的中心旋转而成， 形成星型图案 。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 使用通用摄像机对平行光管星型标定图案 进行拍照数据采集， 包括： 所述星型标定 图案包含方形标志编码， 在图像中搜索所有方形标志编码， 对中间方形 标志编码的四个角点进行检测， 其中方形标志编码的四个角点可以提供已知标定图案和标 定图像之间的对应关系。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述对采集的标定数据集进行特征提取， 包括： 根据标定图案和标定图像之间的对应关系计算其单应性矩阵， 利用单应性矩阵粗略估 计方形标志编 码直接相邻的四个星型特征的位置， 得到特征点在图案和图像之 间位置的对 应关系， 对于其它尚未检测到的相邻特征点的位置， 算法从邻近的对应关系计算一个新的 局部单应性矩阵， 以获得相 邻特征点的位置， 然后重复这个检测过程， 直到检测完所有的特 征点为止。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 检测完所有的特征点后， 还包括使用基于 匹配的优化方法对特 征点位置进行优化， 并剔除错 误的特征点位置， 具体为： 使用一定大小的局部窗口在星型图案模板中进行搜索， 获得每个窗口中心的灰度值样 本， 然后根据获得的灰度值样本在标定图像中移动搜索， 以获取与样本灰度值最接近的特 征点位置， 之后进行基于匹配的特 征提取精度提高。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 为了提高特征点位置匹配精度， 使用成本 函数进行优化， 具体为： 其中， f和m分别为亮度仿射变 换的仿射因子和偏差量， pi(t)是在采样样本i处通过双线权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114758015 A 2性插值获得的图像强度， qi是在采样 样本i处的渲染 强度。 7.根据权利 要求6所述的方法， 其特征在于， 为了初始化f和m， 令t＝0， 则f和m分别用下 式表示： 其中p为图像强度， q为渲染强度， 然后用Levenberg ‑Marquardt方法对f， m， p， q四个参 数进行优化。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 在对特征点位置进行优化后， 还需要对特 征点位置进行亚像素精定位， 具体为： 将基于匹配的优化获得的特征点位置作为输入， 然后确定特征的精确亚像素位置， 使 用基于对称性的成本函数计算精确特 征点位置： 其中， H是星型标定图案模板上空间点到对应的图像空间点的局部单应性矩阵， Si表示 样本l的星型标定图案的空间位置， ‑Si即为镜像 处的样本位置， I是指通过双线性插值获得 的图像， 为了最小化Csym， 使用Levenberg ‑Marquardt方法对H进行优化， 最终在收敛之后即 可得到估计的精确特 征点位置(H0， 2， H1， 2)T。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述对平行光管出射光束进行建模， 确定 平行光管的光线方向与角度指向信息， 包括： 获得星型标定图案模板与摄像机拍摄的标定图像之间的单应性矩阵， 对图像中每个像 素的光线方向进行求解， 从而确定平行光管 的光线方向与角度指向信息， 在获得了像素 的 光线方向之后， 还需要利用更多不同角度拍摄的图片来不断扩展标定图像， 从而使标定图 像更为完整， 最终可 得到一个图像中每 个像素的光线方向。 10.一种基于通用成像模型的平行光管出射光束建模和像机内参数标定系统， 其特征 在于， 所述系统包括： 平行光管， 其中星型标定 图案安装于平行光管的分划板处， 所述星型标定 图案由多个 特殊星型图案重复组合而成， 每个特殊星型图案用方形表示， 每一个方形内都由特定段数 的黑白相间的线段组成； 通用摄像机， 用于对平行光管星型 标定图案进行拍照数据采集； 计算机， 用于对采集到的标定数据集进行特征提取， 以及对对平行光管出射光束进行 建模； 其他待标定的摄 像机， 用于通过已建模的平行光管进行参数 标定。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114758015 A 3