一种基于彩色立体标定物的无人机标定方法及系统与流程

本发明涉及计算机视觉领域，尤其是一种基于彩色立体标定物的无人机标定方法及系统。

背景技术：

计算机视觉研究领域的最终目标是为了使计算机与人类一样具备感知三维环境的能力，在这个领域中，基于图像的三维重建过程一般是从二维图像还原到三维场景的逆过程，即通过计算机分析目标场景或物体在不同视角下的二维图像，还原出场景或物体的三维空间几何信息。三维重建在多种场景中有着广泛的应用并发挥着巨大的作用，比如珍贵历史文物和古建筑的还原展示、医学人体器官的三维重建、无人汽车自动驾驶等等，利用普通数码相机重建场景和物体具有简易、经济、高效等诸多优点，应用前景广泛，对人类社会的发展有着深远的意义。

无人机(Unmanned Aerial Vehicle)具有结构简单、尺寸小、重量轻、成本低、操作便捷、灵活机动等多种优势，能够替代有人航空器、地面车辆、高空作业人员执行多种任务，极大地扩展了作业区域，降低了作业风险，提高了作业效率。因此近年来，遥控固定翼、多旋翼、直升飞机等无人飞行器正在越来越多地被应用于航空测绘、航空影像中，以实现大面积的地形图、工程项目、建筑物等测绘建模过程。

作为计算机视觉领域的重要分支，无人机这类基于运动相机对场景和物体的三维重建方式一般通过一个基于欧拉几何结构重建线性算法框架，来进行三维空间点以及相机位置的计算，利用缩放正投影和透视投影，建立一个结合点、线、圆锥曲线特征的仿射相机，从而获取图像序列并估算出场景结构。而真实场景的稀疏点云可以利用运动中恢复结构SFM(Structure From Motion)原理从N-视角二维图像中获得并用来进行模型表面的重建，二维图像中富含表面纹理(Texture)、光照亮度(Shading)、物体轮廓(Silhouette)等三维重建需要的有用信息，利用物体轮廓可以得到初步的三维模型可视壳(Visual Hull)，可视壳的精度主要依赖于轮廓精度、视图数量、拍摄角度等多重因素。

无人机这类基于图像序列的场景三维重建方式主要依赖于图像特征和多视图几何约束的求解，相比传统的视觉方法，其算法计算量大、设备计算能力要求高、研究起步较晚。其中，图像特征和多视图几何约束的求解，包括确定拍摄序列图像中空间点和相机的位置，测量或标定出几何尺寸和比例约束，一直是决定重建精度的关键。

三维重建技术一般需要通过摄像机多角度拍摄目标物体的图像，如果固定摄像机与拍摄物体的距离，则可重建的空间范围非常有限。对于室外场景，若无法固定摄像机与拍摄目标物体的相对位置，则通常会手工选择一些现场有特色的建筑物局部等，提取其边缘、角点等特征点作为标志点或者参照物，再结合人工实际测量的尺寸等信息，提供尺度和比例约束，以解算仿射变换等公式的参数，来提高三维重建精度。由于标志点、参照物不确定，需要随时测绘，测量精度不易保证，且实际操作繁琐，存在很多不确定因素，如果要达到高精度三维重建，有必要设置标定物。若简单采用现有地面近景摄影勘查方法中的平面型黑白棋盘格标定物，则难以提供三维信息；若采用两个棋盘格标定平面的组合，则无法满足空间任意位置观察、标定的需求；而如果将黑白双色棋盘格在立方体的多个表面同时使用时，对拍摄者和照片使用者而言都存在一定的视觉识别困难和较大误差。

另外，对于无人机来说，其在拍摄图像序列时摄像机的位置不断变化，且经常采用环绕飞行拍摄方式，除了标定摄像机(即相机)内参数外，更要确定出摄像机自身的空间位置。因此，业内对无人机标定技术提出了新的要求：一方面要求标定物易于准确测量、空间位置标准和放置操作便利，另一方面要针对无人机的成像特点，尽可能可以从空间任意位置拍摄到标定物，从而方便地得到拍摄图像序列的几何约束和空间位置。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种易于准确测量、检测精度高、便于安放、通用性强和使用方便的，基于彩色立体标定物的无人机标定方法。

本发明的另一目的在于：提供一种易于准确测量、检测精度高、便于安放、通用性强和使用方便的，基于彩色立体标定物的无人机标定系统。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于彩色立体标定物的无人机标定方法，包括以下步骤：

将彩色棋盘格立体标定物放置到待拍摄场景内，所述彩色棋盘格立体标定物为封闭式立体结构，所述彩色棋盘格立体标定物包含有至少一个顶面和一个侧面，所述彩色棋盘格立体标定物的每个表面采用彩色与白色相间、彩色与黑色相间、不同彩色相间或黑色与白色相间的棋盘格图案且任意相邻两个表面的棋盘格图案的颜色组合均不相同；

采用无人机至少从3个不同的方位拍摄彩色棋盘格立体标定物的图像；

根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像采用灭点理论线性求解出无人机摄像机内参数；

根据无人机摄像机内参数采用坐标投影变换方法确定无人机摄像机的空间位置和图像几何约束关系。

进一步，所述彩色棋盘格立体标定物包括但不限于正方体、长方体、六棱柱、半球体和圆柱。

进一步，所述彩色棋盘格立体标定物表面的棋盘格图案的颜色组合方式为彩色棋盘格立体标定物的表面采用彩色与白色相间的棋盘格图案，相邻表面采用不同彩色相间的棋盘格图案；若彩色棋盘格立体标定物为规则多面体构成的立体标定物，则其需要的非白色颜色总数Q满足条件：3≤Q≤maxPi，其中，maxPi＝max{Pi|i＝1，2，…，b}，b为彩色棋盘格立体标定物的角点数，且b＜e，e为彩色棋盘格立体标定物的总面数，Pi为彩色棋盘格立体标定物中的任意一个角点i对应的包含该角点的面数，maxPi为彩色棋盘格立体标定物的最多共角点平面数；若彩色棋盘格立体标定物为没有角点的规则立方体，则其所需的颜色数与其表面数相同。

进一步，所述彩色棋盘格立体标定物的顶面采用红色与白色相间或红色与黑色相间的棋盘格图案，所述彩色棋盘格立体标定物的侧面采用红色以外的彩色与白色相间或黑色与白色相间的棋盘格图案。

进一步，所述彩色棋盘格立体标定物的底面安装有四个可调节衬脚或者球台形托盘，所述彩色棋盘格立体标定物的顶部嵌入有气泡水平仪。

进一步，所述根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像采用灭点理论线性求解出无人机摄像机内参数这一步骤，其包括：

确定无人机摄像机的模型以及空间点齐次坐标与图像点齐次坐标的映射关系：若无人机摄像机的模型为针孔相机模型，则任一空间点P的空间点齐次坐标M与图像点齐次坐标m的映射关系表达式为：λm＝K[RT]M，其中，λ为给定的比例因子，K为无人机摄像机的内参数矩阵，R为世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵，T为世界坐标系到摄像机坐标系的平移向量；

根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像和灭点理论的约束方程，采用最小二乘法和张正友平面标定法线性求解出无人机摄像机的内参数矩阵。

本发明所采取的另一技术方案是：

一种基于彩色立体标定物的无人机标定系统，包括：

放置模块，用于将彩色棋盘格立体标定物放置到待拍摄场景内，所述彩色棋盘格立体标定物为封闭式立体结构，所述彩色棋盘格立体标定物包含有至少一个顶面和一个侧面，所述彩色棋盘格立体标定物的每个表面采用彩色与白色相间、彩色与黑色相间、不同彩色相间或黑色与白色相间的棋盘格图案且任意相邻两个表面的棋盘格图案的颜色组合均不相同；

拍摄模块，用于采用无人机至少从3个不同的方位拍摄彩色棋盘格立体标定物的图像；

内参数标定模块，用于根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像采用灭点理论线性求解出无人机摄像机内参数；

坐标投影变换模块，用于根据无人机摄像机内参数采用坐标投影变换方法确定无人机摄像机的空间位置和图像几何约束关系。

进一步，所述彩色棋盘格立体标定物表面的棋盘格图案的颜色组合方式为彩色棋盘格立体标定物的表面采用彩色与白色相间的棋盘格图案，相邻表面采用不同彩色相间的棋盘格图案；若彩色棋盘格立体标定物为规则多面体构成的立体标定物，则其需要的非白色颜色总数Q满足条件：3≤Q≤maxPi，其中，maxPi＝max{Pi|i＝1，2，…，b}，b为彩色棋盘格立体标定物的角点数，且b＜e，e为彩色棋盘格立体标定物的总面数，Pi为彩色棋盘格立体标定物中的任意一个角点i对应的包含该角点的面数，maxPi为彩色棋盘格立体标定物的最多共角点平面数；若彩色棋盘格立体标定物为没有角点的规则立方体，则其所需的颜色数与其表面数相同。

进一步，所述彩色棋盘格立体标定物的底面安装有四个可调节衬脚或者球台形托盘，所述彩色棋盘格立体标定物的顶部嵌入有气泡水平仪。

进一步，所述内参数标定模块包括：

初始化单元，用于确定无人机摄像机的模型以及空间点齐次坐标与图像点齐次坐标的映射关系：若无人机摄像机的模型为针孔相机模型，则任一空间点P的空间点齐次坐标M与图像点齐次坐标m的映射关系表达式为：λm＝K[RT]M，其中，λ为给定的比例因子，K为无人机摄像机的内参数矩阵，R为世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵，T为世界坐标系到摄像机坐标系的平移向量；

求解单元，用于根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像和灭点理论的约束方程，采用最小二乘法和张正友平面标定法线性求解出无人机摄像机的内参数矩阵。

本发明的方法的有益效果是：包括将彩色棋盘格立体标定物放置到待拍摄场景内，采用无人机至少从3个不同的方位拍摄彩色棋盘格立体标定物的图像，根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像采用灭点理论线性求解出无人机摄像机内参数和根据无人机摄像机内参数采用坐标投影变换方法确定无人机摄像机的空间位置和图像几何约束关系的步骤，采用了彩色棋盘格立体标定物来进行摄像机标定，能提供三维信息和从空间任意位置或任意角度拍摄彩色棋盘格立体标定物，并通过在彩色棋盘格立体标定物任意相邻两个表面的棋盘格图案中设置不同的颜色组合来方便拍摄者和照片使用者进行视觉识别，易于准确测量、检测精度高、便于安放和通用性强；只需至少从3个不同的方位拍摄彩色棋盘格立体标定物的图像并结合灭点理论得到无人机摄像机内参数来完成摄像机内参数的标定，并再通过坐标投影变换方法就能方便地得出无人机摄像机的空间位置和图像几何约束关系，使用起来更方便。

本发明的系统的有益效果是：包括放置模块、拍摄模块、内参数标定模块和坐标投影变换模块，采用了彩色棋盘格立体标定物来进行摄像机标定，能提供三维信息和从空间任意位置或任意角度拍摄彩色棋盘格立体标定物，并通过在彩色棋盘格立体标定物任意相邻两个表面的棋盘格图案中设置不同的颜色组合来方便拍摄者和照片使用者进行视觉识别，易于准确测量、检测精度高、便于安放和通用性强；只需至少从3个不同的方位拍摄彩色棋盘格立体标定物的图像并结合灭点理论得到无人机摄像机内参数来完成摄像机内参数的标定，并再通过坐标投影变换方法就能方便地得出无人机摄像机的空间位置和图像几何约束关系，使用起来更方便。

附图说明

图1为本发明一种基于彩色立体标定物的无人机标定方法的整体流程图；

图2为彩色棋盘格立体标定物表面的两种具体配色方案示意图；

图3为立方体标定物的模型结构示意图；

图4为灭点的拟合过程示意图；

图5为将彩色棋盘格立体标定物应用来进行实际三维重建时无人机所拍摄的一幅标定物图像。

具体实施方式

参照图1，一种基于彩色立体标定物的无人机标定方法，包括以下步骤：

将彩色棋盘格立体标定物放置到待拍摄场景内，所述彩色棋盘格立体标定物为封闭式立体结构，所述彩色棋盘格立体标定物包含有至少一个顶面和一个侧面，所述彩色棋盘格立体标定物的每个表面采用彩色与白色相间、彩色与黑色相间、不同彩色相间或黑色与白色相间的棋盘格图案且任意相邻两个表面的棋盘格图案的颜色组合均不相同；

采用无人机至少从3个不同的方位拍摄彩色棋盘格立体标定物的图像；

根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像采用灭点理论线性求解出无人机摄像机内参数；

根据无人机摄像机内参数采用坐标投影变换方法确定无人机摄像机的空间位置和图像几何约束关系。

其中，彩色棋盘格立体标定物每个表面包含有2种颜色，即每个表面的棋盘格图案由2种不同颜色的棋盘格相间排列而成。

进一步作为优选的实施方式，所述彩色棋盘格立体标定物包括但不限于正方体、长方体、六棱柱、半球体和圆柱。

进一步作为优选的实施方式，所述彩色棋盘格立体标定物表面的棋盘格图案的颜色组合方式为彩色棋盘格立体标定物的表面采用彩色与白色相间的棋盘格图案，相邻表面采用不同彩色相间的棋盘格图案；若彩色棋盘格立体标定物为规则多面体构成的立体标定物，则其需要的非白色颜色总数Q满足条件：3≤Q≤maxPi，其中，maxPi＝max{Pi|i＝1，2，…，b}，m为彩色棋盘格立体标定物的角点数，且b＜e，b为彩色棋盘格立体标定物的总面数，Pi为彩色棋盘格立体标定物中的任意一个角点i对应的包含该角点的面数，maxPi为彩色棋盘格立体标定物的最多共角点平面数；若彩色棋盘格立体标定物为没有角点的规则立方体，则其所需的颜色数与其表面数相同。

进一步作为优选的实施方式，所述彩色棋盘格立体标定物的顶面采用红色与白色相间或红色与黑色相间的棋盘格图案，所述彩色棋盘格立体标定物的侧面采用红色以外的彩色与白色相间或黑色与白色相间的棋盘格图案。

进一步作为优选的实施方式，所述彩色棋盘格立体标定物的底面安装有四个可调节衬脚或者球台形托盘，所述彩色棋盘格立体标定物的顶部嵌入有气泡水平仪。

进一步作为优选的实施方式，所述根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像采用灭点理论线性求解出无人机摄像机内参数这一步骤，其包括：

确定无人机摄像机的模型以及空间点齐次坐标与图像点齐次坐标的映射关系：若无人机摄像机的模型为针孔相机模型，则任一空间点P的空间点齐次坐标M与图像点齐次坐标m的映射关系表达式为：λm＝K[RT]M，其中，λ为给定的比例因子，K为无人机摄像机的内参数矩阵，R为世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵，T为世界坐标系到摄像机坐标系的平移向量；

根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像和灭点理论的约束方程，采用最小二乘法和张正友平面标定法线性求解出无人机摄像机的内参数矩阵。

参照图1，一种基于彩色立体标定物的无人机标定系统，包括：

放置模块，用于将彩色棋盘格立体标定物放置到待拍摄场景内，所述彩色棋盘格立体标定物为封闭式立体结构，所述彩色棋盘格立体标定物包含有至少一个顶面和一个侧面，所述彩色棋盘格立体标定物的每个表面采用彩色与白色相间、彩色与黑色相间、不同彩色相间或黑色与白色相间的棋盘格图案且任意相邻两个表面的棋盘格图案的颜色组合均不相同；

拍摄模块，用于采用无人机至少从3个不同的方位拍摄彩色棋盘格立体标定物的图像；

内参数标定模块，用于根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像采用灭点理论线性求解出无人机摄像机内参数；

坐标投影变换模块，用于根据无人机摄像机内参数采用坐标投影变换方法确定无人机摄像机的空间位置和图像几何约束关系。

进一步作为优选的实施方式，所述彩色棋盘格立体标定物表面的棋盘格图案的颜色组合方式为彩色棋盘格立体标定物的表面采用彩色与白色相间的棋盘格图案，相邻表面采用不同彩色相间的棋盘格图案；若彩色棋盘格立体标定物为规则多面体构成的立体标定物，则其需要的非白色颜色总数Q满足条件：3≤Q≤maxPi，其中，maxPi＝max{Pi|i＝1，2，…，b}，b为彩色棋盘格立体标定物的角点数，且b＜e，e为彩色棋盘格立体标定物的总面数，Pi为彩色棋盘格立体标定物中的任意一个角点i对应的包含该角点的面数，maxPi为彩色棋盘格立体标定物的最多共角点平面数；若彩色棋盘格立体标定物为没有角点的规则立方体，则其所需的颜色数与其表面数相同。

进一步作为优选的实施方式，所述彩色棋盘格立体标定物的底面安装有四个可调节衬脚或者球台形托盘，所述彩色棋盘格立体标定物的顶部嵌入有气泡水平仪。

进一步作为优选的实施方式，所述内参数标定模块包括：

初始化单元，用于确定无人机摄像机的模型以及空间点齐次坐标与图像点齐次坐标的映射关系：若无人机摄像机的模型为针孔相机模型，则任一空间点P的空间点齐次坐标M与图像点齐次坐标m的映射关系表达式为：λm＝K[RT]M，其中，λ为给定的比例因子，K为无人机摄像机的内参数矩阵，R为世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵，T为世界坐标系到摄像机坐标系的平移向量；

求解单元，用于根据拍摄的彩色棋盘格立体标定物的图像和灭点理论的约束方程，采用最小二乘法和张正友平面标定法线性求解出无人机摄像机的内参数矩阵。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。

实施例一

针对现有技术难以准确测量、检测精度低、不便于安放、通用性弱和使用不方便的问题，本发明提出了一种全新的无人机标定方法及系统。本发明对无人机的标定过程包括两个方面：一是设计易于准确测量、标准和易操作的立体标定物，二是给出摄像机参数标定和图像几何约束的方法。下面对这两个方面的内容进行详细说明。

(一)设计立体标定物

为了便于拍摄作业时操作者的观察与后期导出照片处理时的识别，以及三维建模后在建模场景中进行不同角度比例约束设置，无人机标定物表面必须存在三维空间结构关系，且能方便地区分不同空间点。为此，本发明设计了彩色棋盘格立体标定物，该立体标定物有以下特点：

(1)立体标定物为封闭式立体结构，包含有至少一个顶面和一个侧面，如正方体、长方体、六棱柱等规则多面体，以及半球体、圆柱等。

(2)立体标定物的表面采用彩色与白色相间、彩色与黑色相间、不同彩色相间或黑色与白色相间的棋盘格图案，并根据以下规则对其表面进行颜色渲染：

1)立体标定物的相邻表面采用不同彩色(及黑色)与白色(及黑色)相间的棋盘格图案，棋盘格数目为整数。两表面边界处，尽量保持彩色(及黑色)与白色(及黑色)相间。

2)完整渲染方案：立体标定物的相邻表面采用不同彩色(及黑色)与白色相间的棋盘格图案，两表面边界处，保持彩色与白色(及黑色)相间，即任意两个相邻的表面图案展开为一个平面时，保持彩色与白色(及黑色)相间的棋盘格样式，不会出现类似白色块与白色块、彩色块与彩色块相邻的现象。如图2(a)所示，规则立方体顶面为红黑棋盘格图案，侧面是绿白、蓝白棋盘格图案。

3)简单渲染方案：立体标定物的表面采用彩色与白色相间的棋盘格图案，相邻表面采用不同彩色相间的棋盘格图案。

4)对于规则多面体构成的立体标定物，其彩色总数由多面体共角点的平面数决定，具体如下：

设规则立方体标定物的角点数为b，总面数为e，对任意一个角点i，包含该角点的面数为Pi，则该立方体标定物最多共角点平面数为maxPi＝max{Pi|i＝1，2，…，b}；

而需要的非白色颜色(即彩色及黑色，不包括白色)数Q满足条件：3≤Q≤maxPi。

对于没有角点的规则立方体标定物，其颜色数与表面数相同。

5)一般立体标定物的顶面采用红色、白色(或黑色)相间的棋盘格图案，侧面采用红色以外的彩色(及黑色)与白色相间的棋盘格图案。

6)当颜色数为3时，彩色首选红、绿、蓝，此时完整渲染方案为顶面红黑棋盘格图案，侧面绿白、蓝白棋盘格依次相邻；简单渲染方案即构建红白、绿白、蓝白棋盘格图样作为相邻表面。

(3)为了保证至少有2*2个边缘和节点清晰的方格(棋盘格的基本单元)，立体标定物的一个表面上至少有4*4个方格，每个方格的边长设置为固定长度(如10cm、20cm等)。

(4)棋盘格表面为哑光材质，以保证无人机以不同角度拍摄时标定物表面时不会因反光出现照片过曝的问题。

(5)为了保持立方体标定物放置时能保持水平，可以在立方体标定物的底座加装四个可调节衬脚或者球台形托盘，并在顶部嵌入气泡水平仪。

本发明通过对彩色棋盘立体标定物不同表面采用不同的颜色图案渲染方式，在三维重建的图像拍摄中，能有效给出拍摄区域空间位置的标定值和确定尺寸比例约束，显著增强了重建结果的精度和三维测量的准确性。本发明设计的彩色棋盘立体标定物体积小，使用方便，尤其适用于户外各种航拍应用中的尺度标定。

(二)摄像机参数标定和确定图像几何约束的方法。

目前摄像机标定方法的研究很多，其中经典的算法有Tsai提出的DLT标定法、Heikkila提出的RAC标定法、张正友提出的基于平面标定法等。本发明提出了一种基于彩色棋盘格立体标定物的线性摄像机自标定方法，仅需从三个或更多个不同的方位摄取放置在待拍摄场景内的彩色棋盘格立体标定物图像，就可利用灭点理论线性地解出摄像机内参数，再利用经典的坐标投影变换方法，即可确定摄像机空间位置和图像几何约束关系。该方法的具体实现过程为：

(1)摄像机内参数标定。

假设摄像机模型为经典针孔相机模型，设P为任意空间点，其空间点齐次坐标为M＝(x_w,y_w,z_w,1)^T，图像点齐次坐标为m＝(u,v,1)^T。由透视投影几何关系，可得M与m之间的关系如下：

λm＝K[RT]M (1)

其中，λ为给定的比例因子；为摄像机内参数矩阵；R为世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵；T为世界坐标系到摄像机坐标系的平移向量。

(2)采用彩色棋盘格立体标定物标定摄像机的内参数矩阵。

彩色棋盘格立体标定物的模型如图3所示：

设P₁，P₂，P₃分别为直线AB，AA’，AD的灭点，其坐标分别记为如图4所示，利用最小二乘法由直线AB和平行于AB的直线簇的交点拟合可得到灭点同理，可以得到AA’对应的灭点P₂、AD对应的灭点P₃。

根据灭点理论，有以下约束方程：

令由式(2)可得：

令f＝[c₁,c₂,c₃,c₄,c₅,c₆]^T，

则式(3)可表示为：Af＝0。

无人机从不同方位拍摄n(n为大于等于3的整数)幅彩色棋盘格立体标定物的图像，即可得到3n个有关矩阵C的方程，接着，利用最小二乘法线性解出f，可得矩阵C；最后利用经典的张正友平面标定法即可线性求出摄像机内参数矩阵K，从而完成摄像机的标定。此标定过程简单且有较好的稳定性和准确性，实用性强。

(3)采用坐标投影变换方法确定摄像机的空间位置和图像几何约束关系。

完成摄像机的标定后，根据无人机的成像特点，本发明还需要确定摄像机的空间位置和图像几何约束关系。以彩色棋盘格立体标定物为立方体标定物为例，本发明在立方体标定物的图像中取到顶面和其他面1～3对角点作为图像序列中的照片(即待拍摄物体的图像)标注约束点，且已知彩色棋盘格立体标定物的每个棋盘格的方块边长(如10cm)，故即可采用经典的透视变换方法，解算图像中各点对应的世界坐标，从而对空间中的距离进行测量，并在重建过程中利用立方体标定物的棋盘格尺寸进行长宽高方向的精准约束。

如图5所示，在三维重建的场景中，可以利用彩色棋盘格立体标定物容易地区分不同表面，从而对任意测量方向的尺寸进行长度约束。而在选择空间中的两个三维点之后，需要在至少三幅图像中对这两个约束点进行校正，参与校正的图像越多，则约束越准确。同时，任何已知的地面人工测量值都可作为待拍摄场景中的尺寸约束。

本发明利用彩色棋盘格立体标定物，可以从任意角度拍摄立方体标定物，其他方法中对标定物的摆放或运动有较高要求(如需要标定物放在拍摄物体的上方等)，而彩色棋盘格立体标定物则更加适用于无人机在空间中多角度拍摄时的相机标定，并且不同色彩的棋盘格也有利于在场景重建后进行观察识别；此外彩色棋盘格立体标定物中棋盘格的标准边长对于重建模型的空间比例约束校正也有较大的精度提升作用。

本发明提供了一种结构简单、检测精度高、便于安放、通用性强、成本较低和使用方便的，可满足无人飞行器拍摄序列图像进行场景三维重建要求的标定物和摄像机内参数标定要求的方法，该方法具有以下优点：

1)采用了新型的彩色棋盘格立体标定物，可以用于无人机环绕多角度拍摄图像进行三维重建时的辅助标定。

2)提出了针对彩色棋盘格立体标定物表面的新颜色渲染方案，可以有效区分不同表面，以便于在三维重建时进行准确的空间位置标定。

3)提出了一种基于彩色棋盘格立体标定物的线性摄像机内参数自标定方法，仅需从三个或更多个不同的方位摄取彩色棋盘格立体标定物的图像，即可利用灭点理论线性地解出摄像机内参数，更加快捷。

4)能通过坐标投影变换从彩色棋盘格立体标定物推算无人飞行器摄像机的空间位置并进行三维重建时几何约束，使用起来十分方便。

5)利用彩色棋盘格立体标定物，可以从任意角度拍摄立方体标定物，其他方法中对标定物的摆放或运动有较高要求，而彩色棋盘格立体标定物则更加适用于无人机在空间中多角度拍摄时的相机标定，并且不同色彩的棋盘格也有利于在场景重建后进行观察识别；此外彩色棋盘格立体标定物中棋盘格的标准边长对于重建模型的空间比例约束校正也有较大的精度提升作用。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。