一种双目相机的标定方法、标定装置及终端设备与流程

本发明属于视觉处理技术领域，尤其涉及一种双目相机的标定方法、标定装置及终端设备。

背景技术：

双目相机，是由两个视场角超过180°的鱼眼相机背对组合而成，使得一次拍摄可以摄取360°方位角中的全部的景物。由于双目的原因，同一相机的两个镜头之间会存在装配误差，将导致同一种镜头的同一种工装的双目相机的成像效果不同。

因此，需要对双目相机的成像参数进行标定。现有的双目相机标定方法需要计算较多的参数，运算量大、效率低；且需要拍摄大量的标定板照片，标定流程复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种双目相机的标定方法、标定装置及终端设备，以解决现有技术中运算量大、效率低且标定流程复杂的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种双目相机的标定方法，包括：

通过待标定的双目相机的两个镜头分别获取第一样本照片和第二样本照片；

获取所述待标定的双目相机的场曲率数据；

基于所述第一样本照片和所述第二样本照片，对所述待标定的双目相机进行标定得到第一标定内参数；

基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，对所述待标定的双目相机进行标定得到第二标定内参数和标定外参数。

本发明实施例的第二方面提供了一种双目相机的标定装置，包括：

第一获取单元，用于通过待标定的双目相机的两个镜头分别获取第一样本照片和第二样本照片；

第二获取单元，用于获取所述待标定的双目相机的场曲率数据；

第一标定单元，用于基于所述第一样本照片和所述第二样本照片，对所述待标定的双目相机进行标定得到第一标定内参数；

第二标定单元，用于基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，对所述待标定的双目相机进行标定得到第二标定内参数和标定外参数。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，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，所述处理器执行所述计算机程序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，所述计算机程序被一个或多个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。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明通过待标定的双目相机的两个镜头分别获取第一样本照片和第二样本照片；获取所述待标定的双目相机的场曲率数据；基于所述第一样本照片和所述第二样本照片，对所述待标定的双目相机进行标定得到第一标定内参数；基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，对所述待标定的双目相机进行标定得到第二标定内参数和标定外参数。通过上述方法，大大简化了标定流程，减少了标定过程中的运算量，有效提高了标定效率。

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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的双目相机的标定方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的双目相机的标定装置的示意图；

图3是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明实施例提供的双目相机的标定方法的实现流程示意图，如图所示，所述方法可以包括以下步骤：

步骤S101，通过待标定的双目相机的两个镜头分别获取第一样本照片和第二样本照片。

在实际应用中，选定一个场景，通过双目相机的两个镜头分别对该场景进行拍摄，得到第一样本照片和第二样本照片。需要说明的是，第一样本照片和第二样本照片只是用来区分照片是由不同镜头拍摄的，而不用于计数。

由于对一般场景拍摄的照片进行圆心位置和圆半径检测的精度不足，所以通常选择特殊的场景，如空白场景。

步骤S102，获取所述待标定的双目相机的场曲率数据。

其中，场曲率又称匹兹伐曲率，表示像场弯曲成的有规律曲面的曲率。通常情况下，经校正后，像场形成一个球面，以球面曲率半径作为场曲率的数值。场曲率由透镜玻璃折射率以及各透镜折射面的形状、相互位置等因素决定。场曲率越大，像面弯曲越厉害(球面曲率半径越小)，相反，场曲率越小，像面弯曲越小(球面曲率半径越大)。

在实际应用中，双目相机的场曲率数据是在相机出厂时给定的。

步骤S103，基于所述第一样本照片和所述第二样本照片，对所述待标定的双目相机进行标定得到第一标定内参数。

可选的，所述基于所述第一样本照片和所述第二样本照片，对所述待标定的双目相机进行标定得到第一标定内参数，包括：

对所述第一样本照片进行圆心位置和圆半径的检测，得到第一圆心位置和第一圆半径；

对所述第二样本照片进行圆心位置和圆半径的检测，得到第二圆心位置和第二圆半径。

其中，圆心位置和圆半径即为第一标定内参数，第一标定内参数实际是对双目相机进行粗略标定得到的内参数。

在实际应用中，双目相机的两个镜头均为鱼眼镜头，利用鱼眼镜头拍摄出的照片的可视部分，理论上是一个标准圆，通过对拍摄出的照片的可视部分进行检测，可以得到圆心位置和圆半径，圆心位置和圆半径即为镜头的内参数。由于双目相机有两个镜头，而两个镜头的内参数可能不同，所以需要分别通过两个镜头拍摄样本照片，再基于两个样本照片分别进行圆心位置和圆半径的检测，分别得到两个镜头的内参数。此时得到的内参数为粗略标定得到的内参数。其中，圆心位置和圆半径的检测方法可以是霍夫圆检测，也可以选用其他圆检测方法，在此不做具体限定。

步骤S104，基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，对所述待标定的双目相机进行标定得到第二标定内参数和标定外参数。

可选的，所述基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，对所述待标定的双目相机进行标定得到第二标定内参数和标定外参数，包括：

通过待标定的双目相机的两个镜头分别对预设位置的标定板进行拍摄获取第一标定板照片和第二标定板照片；

分别从所述第一标定板照片和所述第二标定板照片中检测所述标定板的特征点，并确定所述第一标定板照片中检测出的特征点与所述第二标定板照片中检测出的特征点的对应关系；

基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，分别对所述第一标定板照片和所述第二标定板照片中检测出的特征点进行投影计算，得到第一投影坐标和第二投影坐标；

获取所述待标定的双目相机的两个镜头之间的相对旋转参数；

基于所述相对旋转参数、所述第一投影坐标和所述第二投影坐标以及所述特征点的对应关系，计算所述待标定的双目相机的第二标定内参数和标定外参数。

在实际应用中，预设位置可以满足以下条件：与相机保持足够远的距离、处于双目相机两个镜头的重叠区域。其中，标定板通常与相机保持2～10米的距离。理论上，需要在双目相机两个镜头的重叠区域均匀地、以一定密度地摆放多个标定板，以使相机可以对重叠区域中每个位置都拍摄照片；在实际应用中，可以只设置一个标定板在预设位置，然后令双目相机绕两个镜头的轴心旋转一周并拍摄，以获取重叠区域中各个位置的标定板照片。

在本实施例中，标定板的特征点可以是标定板的顶点或其它人为设定的点。示例性的，对于有顶点的标定板，可以设定标定板的各个顶点作为特征点；还可以在标定板上预先标记几个点作为特征点。这里只是示例性地描述特征点的标识方法，并不对如何标识特征点作具体限定。

在分别从所述第一标定板照片和所述第二标定板照片中检测所述标定板的特征点之后，需要确定所述第一标定板照片中检测出的特征点与所述第二标定板照片中检测出的特征点的对应关系。示例性的，从第一标定板照片中检测出A、B两个特征点，从第二标定板照片中检测出A’、B’两个特征点，则第一标定板照片中的A点与第二标定板照片中的A’点对应，第一标定板照片中的B点与第二标定板照片中的B’点对应。需要说明的是，其中A、B只是用来区分特征点，并不用于具体限定特征点的描述方式，且不对特征点的个数作具体限定。在实际应用中，选定越多的特征点，标定参数的精度越高。

进一步的，所述基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，分别对所述第一标定板照片和所述第二标定板照片中检测出的特征点进行投影计算，包括：

通过公式分别计算第一投影坐标和第二投影坐标；

式中，所述(X,Y,Z)为所述特征点的投影坐标，所述F为所述场曲率数据，所述(x,y)为所述标定板的特征点在标定板照片中的坐标，所述(u,v)为样本照片的圆心位置，所述r为样本照片的圆半径，计算第一投影坐标时，和θ通过第一圆心位置和第一圆半径获得，计算第二投影坐标时，和θ通过第二圆心位置和第二圆半径获得。

在实际应用中，由于双目相机的两个镜头的内参数可能不同，根据内参数计算出的投影坐标也可能不同，所以需要根据第一标定内参数计算第一投影坐标，根据第二标定内参数计算第二投影坐标。

进一步的，所述基于所述相对旋转参数、所述第一投影坐标和所述第二投影坐标以及所述特征点的对应关系，计算所述待标定的双目相机的第二标定内参数和标定外参数，包括：

通过公式计算所述待标定的双目相机的第二标定内参数和标定外参数；

式中，所述ρ为距离函数，所述分别为所述第一投影坐标、所述第二投影坐标，所述(u1,v1)、(u2,v2)分别为所述第一圆心位置、所述第二圆心位置，所述r1、r2分别为所述第一圆半径、所述第二圆半径，所述ΔR为所述相对旋转参数，所述k为所述标定板顶点的个数。

其中，距离函数可以选用欧拉距离函数或球表面距离函数，在此不作具体限定。

在实际应用中，计算第二标定内参数和标定外参数实际是对第一标定内参数进行优化的一个过程。示例性的，第一标定板照片中的A点与第二标定板照片中的A’点对应，根据上述公式，对第一标定内参数和相对旋转参数进行优化，以使A点和A’点的投影坐标的距离最小。

其中，相对旋转参数即为标定外参数，优化后确定的圆心位置和圆半径即为第二标定内参数，第二标定内参数实际是对双目相机进行精确标定后得到的内参数。

本发明通过待标定的双目相机的两个镜头分别获取第一样本照片和第二样本照片；获取所述待标定的双目相机的场曲率数据；基于所述第一样本照片和所述第二样本照片，对所述待标定的双目相机进行标定得到第一标定内参数；基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，对所述待标定的双目相机进行标定得到第二标定内参数和标定外参数。通过上述方法，大大简化了标定流程，减少了标定过程中的运算量，有效提高了标定效率。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的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2是本发明实施例提供的双目相机的标定装置的示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。

所述双目相机的标定装置2包括：

第一获取单元21，用于通过待标定的双目相机的两个镜头分别获取第一样本照片和第二样本照片；

第二获取单元22，用于获取所述待标定的双目相机的场曲率数据；

第一标定单元23，用于基于所述第一样本照片和所述第二样本照片，对所述待标定的双目相机进行标定得到第一标定内参数；

第二标定单元24，用于基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，对所述待标定的双目相机进行标定得到第二标定内参数和标定外参数。

可选的，所述第一标定单元23包括：

第一检测模块，用于对所述第一样本照片进行圆心位置和圆半径的检测，得到第一圆心位置和第一圆半径；

第二检测模块，用于对所述第二样本照片进行圆心位置和圆半径的检测，得到第二圆心位置和第二圆半径。

可选的，所述第二标定单元24包括：

第一获取模块，用于通过待标定的双目相机的两个镜头分别对预设位置的标定板进行拍摄获取第一标定板照片和第二标定板照片；

第三检测模块，用于分别从所述第一标定板照片和所述第二标定板照片中检测所述标定板的特征点，并确定所述第一标定板照片中检测出的特征点与所述第二标定板照片中检测出的特征点的对应关系；

第一计算模块，用于基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，分别对所述第一标定板照片和所述第二标定板照片中检测出的特征点进行投影计算，得到第一投影坐标和第二投影坐标；

第二获取模块，用于获取所述待标定的双目相机的两个镜头之间的相对旋转参数；

第二计算模块，用于基于所述相对旋转参数、所述第一投影坐标和所述第二投影坐标以及所述特征点的对应关系，计算所述待标定的双目相机的第二标定内参数和标定外参数。

进一步的，所述第一计算模块包括：

第一计算子模块，用于通过公式分别计算第一投影坐标和第二投影坐标；

式中，所述(X,Y,Z)为所述特征点的投影坐标，所述F为所述场曲率数据，所述(x,y)为所述标定板的特征点在标定板照片中的坐标，所述(u,v)为样本照片的圆心位置，所述r为样本照片的圆半径，计算第一投影坐标时，和θ通过第一圆心位置和第一圆半径获得，计算第二投影坐标时，和θ通过第二圆心位置和第二圆半径获得。

进一步的，所述第二计算模块包括：

第二计算子模块，用于通过公式计算所述待标定的双目相机的第二标定内参数和标定外参数；式中，所述ρ为距离函数，所述分别为所述第一投影坐标、所述第二投影坐标，所述(u1,v1)、(u2,v2)分别为所述第一圆心位置、所述第二圆心位置，所述r1、r2分别为所述第一圆半径、所述第二圆半径，所述ΔR为所述相对旋转参数，所述k为所述标定板顶点的个数。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、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。

图3是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图3所示，该实施例的终端设备3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各个双目相机的标定方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S104。或者，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块21至24的功能。

示例性的，所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。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32在所述终端设备3中的执行过程。例如，所述计算机程序32可以被分割成第一获取单元、第二获取单元、第一标定单元、第二标定单元，各单元具体功能如下：

第一获取单元，用于通过待标定的双目相机的两个镜头分别获取第一样本照片和第二样本照片；

第二获取单元，用于获取所述待标定的双目相机的场曲率数据；

第一标定单元，用于基于所述第一样本照片和所述第二样本照片，对所述待标定的双目相机进行标定得到第一标定内参数；

第二标定单元，用于基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，对所述待标定的双目相机进行标定得到第二标定内参数和标定外参数。

可选的，所述第一标定单元包括：

第一检测模块，用于对所述第一样本照片进行圆心位置和圆半径的检测，得到第一圆心位置和第一圆半径；

第二检测模块，用于对所述第二样本照片进行圆心位置和圆半径的检测，得到第二圆心位置和第二圆半径。

可选的，所述第二标定单元包括：

第一获取模块，用于通过待标定的双目相机的两个镜头分别对预设位置的标定板进行拍摄获取第一标定板照片和第二标定板照片；

第三检测模块，用于分别从所述第一标定板照片和所述第二标定板照片中检测所述标定板的特征点，并确定所述第一标定板照片中检测出的特征点与所述第二标定板照片中检测出的特征点的对应关系；

第一计算模块，用于基于所述场曲率数据和所述第一标定内参数，分别对所述第一标定板照片和所述第二标定板照片中检测出的特征点进行投影计算，得到第一投影坐标和第二投影坐标；

第二获取模块，用于获取所述待标定的双目相机的两个镜头之间的相对旋转参数；

第二计算模块，用于基于所述相对旋转参数、所述第一投影坐标和所述第二投影坐标以及所述特征点的对应关系，计算所述待标定的双目相机的第二标定内参数和标定外参数。

进一步的，所述第一计算模块包括：

第一计算子模块，用于通过公式分别计算第一投影坐标和第二投影坐标；

式中，所述(X,Y,Z)为所述特征点的投影坐标，所述F为所述场曲率数据，所述(x,y)为所述标定板的特征点在标定板照片中的坐标，所述(u,v)为样本照片的圆心位置，所述r为样本照片的圆半径，计算第一投影坐标时，和θ通过第一圆心位置和第一圆半径获得，计算第二投影坐标时，和θ通过第二圆心位置和第二圆半径获得。

进一步的，所述第二计算模块包括：

第二计算子模块，用于通过公式计算所述待标定的双目相机的第二标定内参数和标定外参数；式中，所述ρ为距离函数，所述分别为所述第一投影坐标、所述第二投影坐标，所述(u1,v1)、(u2,v2)分别为所述第一圆心位置、所述第二圆心位置，所述r1、r2分别为所述第一圆半径、所述第二圆半径，所述ΔR为所述相对旋转参数，所述k为所述标定板顶点的个数。

所述终端设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备3的示例，并不构成对终端设备3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，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器31可以是所述终端设备3的内部存储单元，例如终端设备3的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述终端设备3的外部存储设备，例如所述终端设备3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。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述终端设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

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。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。