CN113129388B - 用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标及其编码方法 - Google Patents

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CN113129388B CN202110489971.7A CN202110489971A CN113129388B CN 113129388 B CN113129388 B CN 113129388B CN 202110489971 A CN202110489971 A CN 202110489971A CN 113129388 B CN113129388 B CN 113129388B
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Abstract

本发明公开了一种用于标定摄像机内外参数的编码立体靶标及其编码方法，所述编码立体靶标，主要应用于摄像机内外参数的标定，包括基准平面板、编码平面靶标板和连接机构，所述基准平面板的表面划分为S个区域，S为正整数且S＞3，每个区域内固定设置一个连接机构，每个连接机构的端部活动连接有一个编码平面靶标板，每个编码平面靶标板的空间姿态可活动调节，所述编码平面靶标板上均设置有编码平面靶标；通过对每个编码平面靶标内的所有标定角点进行编码，从而完成整个编码立体靶标的所有标定角点的编码，在多摄像机标定时可实现不同标定图像中同名标定角点的高精度和实时匹配，实现高精度摄像机标定。

Description

用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标及其编码方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉领域中的摄像机标定领域，具体为一种用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标及其编码方法，用于单目摄像机标定、双目摄像机标定以及多目视觉***的标定。
背景技术
计算机视觉技术是通过对二维图像的处理和计算，获取实际空间中物体的三维信息，因此被广泛应用于三维测量、视觉定位、目标跟踪等等诸多领域。在计算机视觉中，摄像机标定是其首要解决的重要问题之一，同时也是计算机视觉领域的一大热点问题和难题。摄像机标定是为了获取较为准确的摄像机内外参数，进而获取空间三维坐标与图像二维坐标之间的关系。
为了完成摄像机的标定过程，通常需要标定靶标帮助实现。其中，张正友(Z.YZhang)于1999年给出了基于平面靶标的摄像机标定算法，该方法利用传统的平面棋盘格靶标，使得摄像机标定过程变得简单易操作，为后续的摄像机标定技术的发展奠定了良好的基础。同时，随着计算机视觉技术的不断发展，传统的平面棋盘格靶标暴露出很多缺陷，例如在实际标定过程中，往往会出现靶标图像拍摄不完整、靶标图像的方向信息缺失等问题，另外，传统的平面棋盘格靶标需要大量拍摄不同位姿的靶标图像进行分析，且在控制靶标的空间位姿的过程中往往包含较大误差，降低了标定过程的准确度和可操作性。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提出了一种用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标及其编码方法，实现在保持较高精度的前提下，完成单目或多目视觉的单幅图像的标定过程，提高标定过程的可操作性和效率。
为实现上述效果，本发明采用的技术方案为：提供一种用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标，所述编码立体靶标包括基准平面板、编码平面靶标板和连接机构，所述基准平面板的表面划分为S个区域，S为正整数且S＞3，每个区域内固定设置一个连接机构，每个连接机构的端部活动连接有一个编码平面靶标板，每个编码平面靶标板的空间姿态可活动调节，所述编码平面靶标板上均设置有编码平面靶标。
进一步的，所述编码立体靶标的基准平面板是一个长度为a、宽度为b、厚度为c的长方体薄板结构；基准面的每个区域、对应区域内的连接机构、对应连接机构上的编码平面靶标板及对应编码平面靶标板上的编码平面靶标的编号分别记为
Figure BDA0003051643050000021
其中
Figure BDA0003051643050000022
在基准平面板中，选择长度为a、宽度为b的矩形表面为基准面，将基准面划分为S个区域的划分方法如下：
步骤a、任取基准面的一个顶点记为基准坐标系的原点o，在基准面中将相交形成原点o的长为a的一条边记为基准坐标系x轴确定边N1，在基准坐标系x轴确定边N1上取基准面的另一个与原点o不重合的顶点记为基准坐标系x轴确定边N1上第一点o1，记向量
Figure BDA0003051643050000023
为基准坐标系x轴确定向量
Figure BDA0003051643050000024
在基准面中将相交形成原点o的长为b的一条边记为基准坐标系y轴确定边N2，在基准坐标系y轴确定边N2上取基准面的另一个与原点o不重合的顶点记为基准坐标系y轴确定边N2上第一点o2，记向量
Figure BDA0003051643050000025
为基准坐标系y轴确定向量
Figure BDA0003051643050000026
其中，基准坐标系x轴确定边N1与基准坐标系y轴确定边N2是2条互不相同的边；以基准坐标系x轴确定向量
Figure BDA0003051643050000027
的方向作为基准坐标系的x轴的正向，以基准坐标系y轴确定向量
Figure BDA0003051643050000028
的方向作为基准坐标系的y轴的正向，采用右手定则建立基准坐标系o-xyz；
步骤b、在基准面内，根据基准坐标系o-xyz，用Sa-1条与y轴平行的纵向区域分割线和Sb-1条与x轴平行的横向区域分割线将基准面划分为S个区域；其中，Sa、Sb均为正整数，Sa∈[1，S]，Sb∈[1，S]，且Sa表示在基准面内划分S个区域中，所能划分的区域的最大的列数，即基准面内S个区域的列编号总数的最大值，同样Sb表示在基准面内划分S个区域中，所能划分的区域的最大的行数，即基准面内S个区域的行编号总数的最大值，则有Sa·Sb＝S，于是可将基准面划分为S个区域；
步骤c、在基准面内，将包含基准坐标系o-xyz原点o的区域记为第1行第1列区域，将第1行第1列区域记为1号区域；以1号区域为起始区域，将沿着基准坐标系x轴正向依次搜索到的Sa-1个区域，以1号区域为起始区域，将沿着基准坐标系y轴正向依次搜索到的Sb-1个区域，则在S个区域中将第α行第β列的区域记为
Figure BDA0003051643050000029
号区域，其中β表示区域列编号，α表示区域行编号，
Figure BDA00030516430500000210
表示区域编号，则α、β、
Figure BDA00030516430500000211
均为正整数，且β＝1,2,3,...,Sa，α＝1,2,3,...,Sb，
Figure BDA00030516430500000212
与α、β的关系满足：
Figure BDA00030516430500000213
其中
Figure BDA00030516430500000214
由此完成了基准面S个区域的划分。
进一步的，所述编码平面靶标由平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元交替组成的编码棋盘格构成，编码平面靶标中所有平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元均为长度为d且宽度为e的平行四边形，d和e均大于零；所述编码平面靶标以任意对角相连的平行四边形编码单元的交点作为编码平面靶标的标定角点，所述编码平面靶标一共包含M行×N列个标定角点，其中M和N均为正整数；
编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元的内部设置有编码图案，编码图案包括定位图案、定向图案和编码标志图案，其中编码标志图案又由多个编码单元图案组成，每一个平行四边形编码单元内部的定位图案、定向图案和编码单元图案均不重叠且不连通；定向图案和定位图案用于编码平面靶标旋转方向的判断；编码标志图案用于给编码平面靶标中每一个标定角点进行编码。
任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为编码平面靶标向量确定编码单元Γv，任取编码平面靶标向量确定编码单元Γv的一个顶点记为向量确定编码单元第一顶点o″1，在编码平面靶标向量确定编码单元Γv中将相交形成向量确定编码单元第一顶点o″1的任意一条边记为向量确定编码单元第一边Νv1，在向量确定编码单元第一边Νv1上取向量确定编码单元Γv的顶点记为向量确定编码单元第一边上第一点o″2，其中第一点o″2与第一顶点o″1是互不重合的2个点，记向量
Figure BDA0003051643050000031
为规定向量
Figure BDA0003051643050000032
且每一个平行四边形编码单元中的定位图案和定向图案的位置关系如下：在同一平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向与规定向量
Figure BDA0003051643050000033
的方向相同；
将编码平面靶标所在的平面记为靶标平面Pt，以向量确定编码单元第一顶点o″1为起点做一个与规定向量
Figure BDA0003051643050000034
同向的单位向量记为第1个规定单位向量
Figure BDA0003051643050000035
以正视编码平面靶标方向，以向量确定编码单元第一顶点o″1为旋转中心，在靶标平面Pt内将第1个规定单位向量
Figure BDA0003051643050000036
逆时针旋转β′角度(0°＜β′＜90°)得到第2个规定单位向量
Figure BDA0003051643050000037
在空间中以向量确定编码单元第一顶点o″1为起点做一个与
Figure BDA0003051643050000038
所得向量的方向相同的单位向量，并记为正向向量
Figure BDA0003051643050000039
将编码平面靶标向量确定编码单元Γv上距离编码平面靶标向量确定编码单元Γv中的定向图案最近的两个顶点分别记为第1临时顶点o″3和第2临时顶点o″4；若向量
Figure BDA00030516430500000310
叉乘规定向量
Figure BDA00030516430500000311
所得向量的方向与正向向量
Figure BDA00030516430500000312
的方向相同，则将记为向量
Figure BDA00030516430500000313
辅助向量
Figure BDA00030516430500000314
若向量
Figure BDA00030516430500000315
叉乘规定向量
Figure BDA00030516430500000316
所得向量的方向与正向向量
Figure BDA00030516430500000317
的方向相同，则将向量
Figure BDA00030516430500000318
记为辅助向量
Figure BDA00030516430500000319
编码平面靶标内的每一个平行四边形编码单元中的定位图案和定向图案的位置关系如下：同一平行四边形编码单元的定位图案和定向图案均在所属平行四边形编码单元的内部，且同一平行四边形编码单元内的定位图案的质心和定向图案的质心均在所属平行四边形编码单元的质心附近；且由定向图案质心指向定位图案质心的方向与规定向量
Figure BDA0003051643050000041
的方向相同。
在同一个平行四边形编码单元中的多个编码单元图案的尺寸可以全部或部分相同，也可互不相同；且在同一个平行四边形编码单元中，每个编码单元图案的轮廓长度均小于定位图案的轮廓长度，并且定位图案的轮廓长度小于2d+2e。
编码平面靶标中所有平行四边形编码单元的背景颜色相同，并记为颜色1,；编码平面靶标中所有平行四边形非编码单元的颜色均相同，并记为颜色2；所有平行四边形编码单元的背景颜色(即颜色1)与所有平行四边形非编码单元的颜色(即颜色2)具有明显的差异。编码平面靶标中所有平行四边形编码单元包含的所有定位图案和定向图案的颜色均相同，并记为颜色3，且颜色3与颜色1具有明显差异；编码平面靶标中所有平行四边形编码单元内所包含的所有编码单元图案的颜色与颜色1相同或者与颜色3相同。
在同一个平行四边形编码单元内，编码单元图案的位置和颜色由编码平面靶标内每个标定角点的非唯一性编码方法确定。
在编码平面靶标中的每个平行四边形编码单元内部的定位图案是一个实心圆，定向图案是一个圆环，编码单元图案均为实心圆；同一个平行四边形编码单元内包含2个颜色为颜色1的连通域，且距离定向图案质心最近的颜色为颜色1的连通域面积小于另一个颜色为颜色1的连通域面积；
编码平面靶标内，不同的平行四边形编码单元包含的定位图案的面积大小可以相同也可以不同；不同的平行四边形编码单元包含的定向图案的面积大小可以相同也可以不同；不同的平行四边形编码单元包含的编码单元图案的面积大小可以相同也可以不同。
进一步的，所有编码平面靶标中的平行四边形编码单元的编码号互不相同，且每个编码平面靶标中的所有平行四边形编码单元的编码号为连续的整数。
则
Figure BDA0003051643050000042
号区域内的
Figure BDA0003051643050000043
号编码平面靶标内的平行四边形编码单元的编码序号及标定角点的编码号具有连续性，即：记
Figure BDA0003051643050000044
号编码平面靶标的平行四边形编码单元个数为
Figure BDA0003051643050000045
首个平行四边形编码单元编码序号为
Figure BDA0003051643050000046
那么
Figure BDA0003051643050000047
号
Figure BDA0003051643050000048
编码平面靶标内的平行四边形编码单元编码范围为
Figure BDA0003051643050000049
记
Figure BDA00030516430500000410
号编码平面靶标的标定角点个数为
Figure BDA0003051643050000051
首个标定角点的编码号为
Figure BDA0003051643050000052
那么
Figure BDA0003051643050000053
号编码平面靶标内的标定角点的编码号范围为
Figure BDA0003051643050000054
进一步的，所述编码平面靶标的平行四边形编码单元的编码号总数为4096。采用连续编号时，编码序号范围为[0,4095]，那么所有S个编码平面靶标内的任一平行四边形编码单元编码序号均在此范围内，即编码立体靶标中编码号最大的平行四边形编码单元的编码号应小于4096。
还提供了一种基于所述的编码立体靶标的编码方法，通过对每个编码平面靶标中的所有标定角点进行编码，找到编码立体靶标内每个标定角点唯一的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在编码平面靶标的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在基准平面板区域的编码号，从而完成整个编码立体靶标的所有标定角点的编码。
进一步的，对编码立体靶标内每个标定角点的编码方法包括如下步骤：
步骤1、取变量r表示未完成编码的编码平面靶标的个数和未完成编码的区域的个数，并设置初始值r＝S，编码立体靶标中的平行四边形编码单元的初始编码号为zS，zS为正整数；
步骤2、设定编码立体靶标区域及编码平面靶标的编号范围为1,2,3,...,S的连续正整数，记编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合为Ψr＝[1,2,3,...,S]，r同样表示编号集合内编号的个数；
步骤3、在r个未完成编码的区域中，按照任意规则或随机在空间中编码立体靶标内选取一个区域，同时在编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合Ψr＝[1,2,3,...,S]中，按照任意规则或随机选取一个编号并记为Ir，作为选取的对应区域的编号；所选区域的行编号及列编号由下式计算出：
Ir÷Sa＝α′...β′
其中：Sa、Sb均为正整数，Sa∈[1，S]，Sb∈[1，S]，且满足Sa·Sb＝S，Sa为在基准面内划分的S个区域中所能划分的区域的最大的列数，Sb为在基准面内划分的S个区域中所能划分的区域的最大的列数；
α′为Ir与Sa相除所得整数值，β′为Ir与Sa相除所得余数值；
若β′＝0，则所选编号为Ir的区域为第α′行第Sa列所在的区域；
若β′≠0，则所选编号为Ir的区域为第(α′+1)行第β′列所在的区域；
同时将Ir号区域内的编码平面靶标记为Ir号编码平面靶标，记Ir号编码平面靶标内的平行四边形编码单元的编码序号总数为Lr+1，记Ir号区域内的Ir号编码平面靶标一共包含的标定角点个数Mr×Nr个；
步骤4、对于Ir号区域内的Ir号编码平面靶标的初始编码号zr，进行重新赋值；
若r＝S，则Ir号区域内的Ir号编码平面靶标的初始编码号zr＝zS；
若r≠S，则Ir号区域内的Ir号编码平面靶标的初始编码号zr＝zr+1+Lr+1+Δr；
其中：Δr为正整数，且Δr≥1，表示Ir号编码平面靶标与Ir+1号编码平面靶标的编码序号间隔；
步骤5、利用编码平面靶标的编码方法，对Ir号区域内的Ir号编码平面靶标的所有标定角点进行编码，得到Ir号编码平面靶标内每个标定角点的唯一编码号；
所述编码平面靶标的编码方法包括以下步骤：
步骤5.1、取整数zv作为编码平面靶标中的初始编码号，其中zv满足公式(1),
zv≤4096-ε (1)
其中：ε为平行四边形编码单元总数，ε可以由公式(2)或(3)获得：
若M、N均为奇数，或M、N为一奇一偶时：
ε＝[(M-1)(N-1)]/2+M+N； (2)
若M、N均为偶数时：
ε＝[(M-1)(N-1)+1]/2+M+N； (3)
步骤5.2.1、任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为Π1，在任取一个与平行四边形编码单元Π1存在公共顶点的平行四边形编码单元记为Π2；
步骤5.2.2、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始，并且沿着与规定向量
Figure BDA0003051643050000061
相反的方向上搜寻平行四边形编码单元，包括以下两种情况：
(1)若在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始，并且沿着与规定向量
Figure BDA0003051643050000062
相反的方向上搜寻不到平行四边形编码单元，则将平行四边形编码单元Π1作为纵向末端平行四边形编码单元1，记为
Figure BDA0003051643050000063
(2)若在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始并且沿着与规定向量
Figure BDA0003051643050000064
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将沿着与规定向量
Figure BDA0003051643050000065
相反的方向上搜寻距离平行四边形编码单元Π1最远的平行四边形编码单元作为纵向末端平行四边形编码单元1，记为
Figure BDA0003051643050000066
步骤5.2.3、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π2开始，并且沿着与规定向量
Figure BDA0003051643050000071
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，包括以下两种情况：
(1)若从平行四边形编码单元Π2开始，并沿着与规定向量
Figure BDA0003051643050000072
相反的方向搜寻不到平行四边形编码单元，则将平行四边形编码单元Π2作为纵向末端平行四边形编码单元2，记为
Figure BDA0003051643050000073
(2)若从平行四边形编码单元Π2开始，并沿着与规定向量
Figure BDA0003051643050000074
相反的方向可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与规定向量
Figure BDA0003051643050000075
相反的方向上搜寻距离平行四边形编码单元Π2最远的平行四边形编码单元作为纵向末端平行四边形编码单元2，记为
Figure BDA0003051643050000076
步骤5.2.4、在编码平面靶标上，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000077
开始，并沿着与辅助向量
Figure BDA0003051643050000078
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，包括以下两种情况：
(1)若从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000079
开始，并且在与辅助向量
Figure BDA00030516430500000710
相反的方向上搜寻不到平行四边形编码单元，则将纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000711
作为横向末端平行四边形编码单元1，记为Γ1；
(2)若从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000712
开始，并在与辅助向量
Figure BDA00030516430500000713
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与辅助向量
Figure BDA00030516430500000714
相反的方向上搜寻距离纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000715
最远的平行四边形编码单元作为横向末端平行四边形编码单元1，记为Γ1；
步骤5.2.5、在编码平面靶标上，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000716
开始，并沿着与辅助向量
Figure BDA00030516430500000717
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，包括以下两种情况：
(1)若从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000718
开始，并且在与辅助向量
Figure BDA00030516430500000719
相反的方向上搜寻不到平行四边形编码单元，则将纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000720
作为横向末端平行四边形编码单元2，记为Γ2；
(2)若从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000721
开始，并且在与辅助向量
Figure BDA00030516430500000722
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与辅助向量
Figure BDA00030516430500000723
相反的方向上搜寻距离纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000724
最远的平行四边形编码单元作为横向末端平行四边形编码单元2，记为Γ2；
步骤5.2.6、记平行四边形编码单元Γ1中有Φ1个顶点为标定角点，平行四边形编码单元Γ2中有Φ2个顶点为标定角点；根据Φ1和Φ2的数值大小包括以下3种情况：
情况1、若Φ1＝＝1且Φ2＝＝4，则横向末端平行四边形编码单元1Γ1的编码号即为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元1Γ1为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000725
将横向末端平行四边形编码单元2Γ2记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000081
情况2、若Φ1＝＝4且Φ2＝＝1，则横向末端平行四边形编码单元2Γ2的编码号即为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元2Γ2为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000082
将横向末端平行四边形编码单元1Γ1记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000083
情况3、若Φ1＝＝2且Φ2＝＝2，记横向末端平行四边形编码单元1Γ1中的两个标定角点分别为ε′1和ε″1，记横向末端平行四边形编码单元2Γ2中的两个标定角点分别为ε′2和ε″2，又包括以下两种情况：
(1)当
Figure BDA0003051643050000084
与
Figure BDA0003051643050000085
平行且
Figure BDA0003051643050000086
与
Figure BDA0003051643050000087
平行时，记横向末端平行四边形编码单元1Γ1的编码号为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元1Γ1为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000088
记横向末端平行四边形编码单元2Γ2为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000089
(2)当
Figure BDA00030516430500000810
与
Figure BDA00030516430500000811
平行且
Figure BDA00030516430500000812
与
Figure BDA00030516430500000813
平行时，记横向末端平行四边形编码单元2Γ2的编码号为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元2Γ2为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000814
记横向末端平行四边形编码单元1Γ1为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000815
步骤5.2.7、取整数变量δ，并赋予其初值δ＝0；
步骤5.2.8、在编码平面靶标上，从第2δ+1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000816
开始，并沿着规定向量
Figure BDA00030516430500000817
的方向上搜索平行四边形编码单元，结果包括以下两种情况：
情况1、若从第2δ+1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000818
开始，并且沿着规定向量的
Figure BDA00030516430500000819
方向上可以搜索到平行四边形编码单元，则将从第2δ+1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000820
开始，并且沿着规定向量的
Figure BDA00030516430500000821
方向上搜索到的距离第2δ+1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000822
最近的平行四边形编码单元记为第2δ+3行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000823
然后将δ+1重新赋值给δ并重新执行步骤5.2.8；
情况2、若从第2δ+1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000824
开始，且沿着在规定向量的
Figure BDA00030516430500000825
的方向上搜索不到平行四边形编码单元，则取整数变量m′，并赋值m′＝2δ+1，然后执行步骤5.2.9；
步骤5.2.9、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；
步骤5.2.10、在编码平面靶标上，从第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000826
开始，并且沿着规定向量
Figure BDA00030516430500000827
的方向上搜索平行四边形编码单元，搜索结果包括以下两种情况：
情况1、若从第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000828
开始，并且沿着规定向量
Figure BDA00030516430500000829
的方向上可以搜索到平行四边形编码单元，则将从第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000830
开始，并且沿着规定向量
Figure BDA0003051643050000091
的方向上搜索到的距离第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000092
最近的平行四边形编码单元记为第2δ+2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000093
然后将δ+1重新赋值给δ并重新执行步骤5.2.10；
情况2、若从第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000094
开始，并且沿着规定向量
Figure BDA0003051643050000095
的方向上搜索不到平行四边形编码单元，则取整数变量m″，并赋值m″＝2δ，然后执行步骤5.2.11；
步骤5.2.11、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；取整数变量ρ，并赋值ρ＝1；
步骤5.2.12、在编码平面靶标上，从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000096
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA0003051643050000097
的方向上搜索平行四边形编码单元，其结果包括以下两种情况：
情况1、若从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000098
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA0003051643050000099
的方向上可以搜索到平行四边形编码单元，则将从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000910
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA00030516430500000911
的方向上搜索到的距离第δ行第ρ个平行四边形编码单元最近的平行四边形编码单元记为第δ行第ρ+1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000912
然后将ρ+1赋值给ρ，重新执行步骤5.2.12；
情况2、若从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000913
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA00030516430500000914
的方向上搜索不到平行四边形编码单元，则取整数变量fδ，并赋值fδ＝ρ，然后执行步骤5.2.13；
步骤5.2.13、本步骤包括以下情况：
情况1、若m′＞m″，则判断是否满足δ＜m′；当δ＜m′时，则将δ+1赋值给δ，将ρ重新赋值ρ＝1，然后重新执行步骤5.2.12；否则执行步骤5.2.14；
情况2、若m′＜m″，则判断是否满足δ＜m″；当δ＜m″时，则将δ+1赋值给δ，将ρ重新赋值ρ＝1，然后重新执行步骤5.2.12；否则执行步骤5.2.14；
步骤5.2.14、记
Figure BDA00030516430500000915
代表第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500000916
对应的编码号；
步骤5.2.15、重新对整数变量δ赋值δ＝1；取整数变量z′，并将初始编码号值zv赋值给z′；重新对整数变量ρ赋值ρ＝0；
步骤5.2.16、将z′+ρ赋值给
Figure BDA00030516430500000917
再把ρ+1赋值给ρ；当ρ＜fδ时，重新执行步骤5.2.16；否则执行步骤5.2.17；
步骤5.2.17、本步骤包括以下两种情况：
情况1、若m′＜m″，当δ＜m″时，把
Figure BDA00030516430500000918
赋值给z′，把δ+1赋值给δ，给ρ重新赋值ρ＝0，然后返回执行步骤5.2.16；否则执行步骤5.3.1；
情况2、若m′＞m″，当δ＜m′时，把
Figure BDA0003051643050000101
赋值给z′，把δ+1赋值给δ，给ρ重新赋值ρ＝0，然后返回执行步骤5.2.16；否则执行步骤5.3.1；
步骤5.3.1、建立靶标坐标系，记第1行第1个平行四边形编码单元的4个顶点中是标定角点的个数为Φp，则可根据Φp数值的大小包括以下两种情况：
情况1、当Φp＝＝1时，记第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000102
中的标定角点为原点标定角点α′1，此时选取原点标定角点α′1作为靶标坐标系的原点Ot，以辅助向量
Figure BDA0003051643050000103
的方向作为靶标坐标系Xt轴的方向；
情况2、当Φp＝＝2时，分别记第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000104
中的两个标定角点为ε′3和ε″3，根据标定角点ε′3和ε″3的位置关系又可包括以下情况：
(1)当向量
Figure BDA0003051643050000105
的方向与辅助向量
Figure BDA0003051643050000106
的方向相同时，此时选取标定角点ε′3作为靶标坐标系的原点Ot，以辅助向量
Figure BDA0003051643050000107
的方向作为靶标坐标系的Xt轴的方向；
(2)当向量
Figure BDA0003051643050000108
的方向与辅助向量
Figure BDA0003051643050000109
的方向不同时，此时选取标定角点ε″3作为靶标坐标系的原点Ot，以辅助向量
Figure BDA00030516430500001010
的方向作为靶标坐标系的Xt轴的方向；
步骤5.3.2以正向向量
Figure BDA00030516430500001011
的方向作为靶标坐标系的Zt轴的方向，靶标坐标系的Yt轴、Xt轴与Zt轴满足右手准则，以此建立靶标坐标系Ot-XtYtZt；
步骤5.4、取整数变量e，并赋予其初值e＝zv；
步骤5.5、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，分别记定位圆质心的靶标坐标为ol,e(xl,e,yl,e,0)、定向圆环质心的靶标坐标为od,e(xd,e,yd,e,0)、由定向圆环质心指向定位圆质心的向量为该平行四边形编码单元内的方向向量
Figure BDA00030516430500001012
将距离定位圆质心ol,e最近的两个顶点分别记为Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)和Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)，由顶点Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)和顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)组成的向量记为该平行四边形编码单元内的顶点向量
Figure BDA00030516430500001013
方向向量
Figure BDA00030516430500001014
可由式(6)计算得出，顶点向量
Figure BDA00030516430500001015
可由式(7)算出：
Figure BDA00030516430500001016
Figure BDA00030516430500001017
在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，记过定位圆质心ol,e且平行于顶点向量
Figure BDA00030516430500001018
的直线为l1,e，过定向圆环质心od,e且平行于顶点向量
Figure BDA00030516430500001019
的直线为l2,e，记通过定位圆质心ol,e和定向圆环质心od,e的直线为l3,e；利用直线l3,e、直线l1,e与直线l2,e可将编码号为e对应的平行四边形编码单元划分为6个编码区域，且每个编码区域内均包含2个编码单元图案；
步骤5.6、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，可由式(8)和式(9)分别计算出该平行四边形编码单元中的第一判断向量
Figure BDA0003051643050000111
和第二判断向量
Figure BDA0003051643050000112
Figure BDA0003051643050000113
Figure BDA0003051643050000114
接着可由式(10)和式(11)分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码单元内的区域划分第一向量
Figure BDA0003051643050000115
和区域划分第二向量
Figure BDA0003051643050000116
Figure BDA0003051643050000117
Figure BDA0003051643050000118
进行如下判断：
若
Figure BDA0003051643050000119
且
Figure BDA00030516430500001110
则将顶点Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)记为该平行四边形编码单元中的第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030516430500001111
且将该平行四边形编码单元中包含第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030516430500001112
的编码区域记为该平行四边形编码单元中的第1编码区域；同时将顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)记为该平行四边形编码单元中的第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030516430500001113
且将包含第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030516430500001114
的编码区域记为该平行四边形编码单元中的第6编码区域；
若
Figure BDA00030516430500001115
且
Figure BDA00030516430500001116
则将顶点Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)记为该平行四边形编码单元中的第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030516430500001117
且将包含第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030516430500001118
的编码区域记为该平行四边形编码单元中的第6编码区域；同时将顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)记为该平行四边形编码单元中的第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030516430500001119
且将包含第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030516430500001120
的编码区域记为该平行四边形编码单元中的第1编码区域；
步骤5.7、在编码号为e对应的平行四边形编码单元中，将该平行四边形编码单元的第1编码区域作为起始区域、第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向(沿着靶标坐标系Zt轴正向的相反方向)，依次将该平行四边形编码单元中的6个编码区域记为该平行四边形编码单元的第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域；
步骤5.8、在编码号为e对应的平行四边形编码单元中，将第σ编码区域(σ＝1,2,5,6)中的第i个编码单元图案(i＝1,2)的质心到直线l1,e的距离记为
Figure BDA00030516430500001121
将第π编码区域(π＝3,4)中的第i个(i＝1,2)编码单元图案的质心到直线l2,e的距离记为
Figure BDA0003051643050000121
将第θ号编码区域(θ＝1,2,3,4,5,6)中的第i个(i＝1,2)编码单元图案的质心到直线l3,e的距离记为
Figure BDA0003051643050000122
步骤5.9、在编码号为e对应的平行四边形编码单元中，第σ编码区域中的第i个编码单元图案的质心到直线l1,e的距离
Figure BDA0003051643050000123
和第σ编码区域中的第i个编码单元图案的质心到直线l3,e的距离
Figure BDA0003051643050000124
满足式(12)或式(13)，其中σ＝1,2,5,6且i＝1,2；
Figure BDA0003051643050000125
且
Figure BDA0003051643050000126
Figure BDA0003051643050000127
且
Figure BDA0003051643050000128
在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，第π编码区域中的第i个编码单元图案的质心到直线l2,e的距离
Figure BDA0003051643050000129
和第π编码区域中的第i个编码单元图案的质心到直线l3,e的距离
Figure BDA00030516430500001210
满足式(14)或式(15)，其中π＝3,4且i＝1,2；
Figure BDA00030516430500001211
且
Figure BDA00030516430500001212
Figure BDA00030516430500001213
且
Figure BDA00030516430500001214
步骤5.10、本步骤包括以下两种情况：
情况1、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，若
Figure BDA00030516430500001215
且
Figure BDA00030516430500001216
则记该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第1个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030516430500001217
记该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第2个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA00030516430500001218
其中σ＝1,2,5,6；
情况2、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，若
Figure BDA00030516430500001219
且
Figure BDA00030516430500001220
则记该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第2个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030516430500001221
记该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第1个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA00030516430500001222
其中σ＝1,2,5,6；
步骤5.11、本步骤包括以下两种情况：
情况1、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，若
Figure BDA00030516430500001223
且
Figure BDA00030516430500001224
则记该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第1个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030516430500001225
记该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第2个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA0003051643050000131
其中π＝3,4；
情况2、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，若
Figure BDA0003051643050000132
且
Figure BDA0003051643050000133
则记该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第2个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA0003051643050000134
记该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第1个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA0003051643050000135
其中π＝3,4；
步骤5.12、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，将第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure BDA0003051643050000136
对应的编码值记为
Figure BDA0003051643050000137
其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6，并且
Figure BDA0003051643050000138
的取值只能为0或1；
步骤5.13、记编码号e所对应的12位二进制数为we，并且规定
Figure BDA0003051643050000139
Figure BDA00030516430500001310
依次按照从最低位到最高位的顺序分别对应二进制数we的十二位数值，且须满足式(16)，
GT·Fe＝＝e (16)
其中，列向量G＝(20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211)T，且
列向量
Figure BDA00030516430500001311
步骤5.14、根据确定的编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure BDA00030516430500001312
所对应的编码值
Figure BDA00030516430500001313
的取值，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6，本步骤包括以下两种情况：
情况1、若
Figure BDA00030516430500001314
则令编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure BDA00030516430500001315
的颜色为颜色1，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6；
情况2、若
Figure BDA00030516430500001316
则令编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure BDA00030516430500001317
的颜色为颜色3，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6；
步骤5.15、将编码号为e的平行四边形编码单元上的标定角点个数记为ge，根据编码号为e的平行四边形编码单元上的标定角点个数ge包括以下3种情况：
情况1、若ge＝＝1，将位于编码号为e的平行四边形编码单元内第
Figure BDA00030516430500001318
编码区域上的标定角点记为该平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030516430500001319
编码区域的标定角点
Figure BDA00030516430500001320
其中
Figure BDA00030516430500001321
的取值为1、3、4、6中的某一数值；
情况2、若ge＝＝2，又包括以下4种情况：
(1)编码号为e的平行四边形编码单元上的2个标定角点分别位于该平行四边形编码单元内的第1编码区域和第6编码区域上，则将位于该平行四边形编码单元中第
Figure BDA0003051643050000141
编码区域上的标定角点记为该平行四边形编码单元中第
Figure BDA0003051643050000142
编码区域的标定角点
Figure BDA0003051643050000143
其中
Figure BDA0003051643050000144
(2)编码号为e的平行四边形编码单元上的2个标定角点分别该平行四边形编码单元内的第3编码区域和第4编码区域上，则将位于该平行四边形编码单元中第
Figure BDA0003051643050000145
编码区域上的标定角点记为该平行四边形编码单元中第
Figure BDA0003051643050000146
编码区域的标定角点
Figure BDA0003051643050000147
其中
Figure BDA0003051643050000148
(3)编码号为e的平行四边形编码单元上的2个标定角点分别位于该平行四边形编码单元内的第4编码区域和第6编码区域上，则将位于该平行四边形编码单元中第
Figure BDA0003051643050000149
编码区域上的标定角点记为该平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030516430500001410
编码区域的标定角点
Figure BDA00030516430500001411
其中
Figure BDA00030516430500001412
(4)编码号为e的平行四边形编码单元上的2个标定角点分别位于该平行四边形编码单元内的第1编码区域和第3编码区域上，则将位该平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030516430500001413
编码区域上的标定角点记为该平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030516430500001414
编码区域的标定角点
Figure BDA00030516430500001415
其中
Figure BDA00030516430500001416
情况3、若ge＝＝4，将位于编码号为e的平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030516430500001417
编码区域上的标定角点记为该平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030516430500001418
编码区域的标定角点
Figure BDA00030516430500001419
其中
Figure BDA00030516430500001420
步骤5.16、把e+1重新赋值给e，进行如下判断：
若满足e＜zv+ε，则返回步骤5.5开始执行；若满足e≥zv+ε，则结束；
至此编码平面靶标上的每个标定角点获得了2个编码序号(即完成各个标定角点的非唯一编码)；每个标定角点的2个编码序号均可实现判断唯一确定的标定角点所在编码平面靶标上的行、列数。
将所得出的编码平面靶标上平行四边形编码单元的编码号以及每个标定角点的2个编码序号(即非唯一行编码号)作为输入条件，完成编码平面靶标上每个标定角点唯一性编码的步骤如下：
步骤5.17.1、令j＝Max{m′,m″}，假设第j-1行第fj个平行四边形编码单元的4个顶点是标定角点的个数是Φ′p；
步骤5.17.2.1、判断N是否为偶数，若N为偶数，则取整数参数Δ并赋值Δ＝N/2，则执行步骤5.17.2.1.1；若N不是偶数则执行步骤5.17.2.2；
步骤5.17.2.1.1、将所有位于编码号为e′1的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003051643050000151
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003051643050000152
记为第
Figure BDA0003051643050000153
号标定角点，其中zv≤e′1≤zm，
Figure BDA0003051643050000154
或6，zm可由式(17)得出；
Figure BDA0003051643050000155
步骤5.17.2.1.2、取所有位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003051643050000156
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003051643050000157
其中
Figure BDA0003051643050000158
或4，e′1≥z′v，z′v可由式(18)得出，
Figure BDA0003051643050000159
并根据
Figure BDA00030516430500001510
的取值分为如下情况：
(1)当
Figure BDA00030516430500001511
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030516430500001512
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030516430500001513
记为第(e′2-Δ)_6号标定角点；
(2)当
Figure BDA00030516430500001514
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030516430500001515
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030516430500001516
记为第(e′2-Δ-1)_1号标定角点；
执行完成本步骤5.17.2.1后，结束标定角点唯一性编码；
步骤5.17.2.2、取整数参数Δ并赋值Δ＝(N+1)/2，执行步骤5.17.2.2.1；
步骤5.17.2.2.1、将所有位于编码号为e′1的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030516430500001517
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030516430500001518
记为第
Figure BDA00030516430500001519
号标定角点，其中zv≤e′1≤zm，
Figure BDA00030516430500001520
或6，zm可由式(19)得出；
zm＝ε+zv-Δ-1 (19)
步骤5.17.2.2.2、本步骤包括以下两种情况：
情况1、当Φp＝＝1时，取所有位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030516430500001521
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030516430500001522
其中
Figure BDA00030516430500001523
或4，e′1≥z′v，z′v可由式(20)得出，
z′v＝zv+Δ (20)
再根据
Figure BDA00030516430500001524
的取值分为如下情况：
(1)当
Figure BDA00030516430500001525
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030516430500001526
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030516430500001527
记为第(e′2-Δ′)_6号标定角点，其中Δ′可由式(21)得出，
Figure BDA00030516430500001528
其中Δ″＝2(e′2-zv)/(N+1)+1(只保留整数)；
(2)当
Figure BDA0003051643050000161
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003051643050000162
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003051643050000163
记为第(e′2-Δ′)_1号标定角点，其中Δ′可由式(22)得出，
Figure BDA0003051643050000164
情况2、当Φp＝＝2时，取所有位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003051643050000165
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003051643050000166
其中
Figure BDA0003051643050000167
或4，e′1≥z′v，z′v可由式(20)得出，根据
Figure BDA0003051643050000168
的取值分为如下情况：
(1)当
Figure BDA0003051643050000169
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030516430500001610
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030516430500001611
记为第(e′2-Δ′)_6号标定角点，其中Δ′可由式(22)得出；
(2)当
Figure BDA00030516430500001612
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030516430500001613
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030516430500001614
记为第(e′2-Δ′)_1号标定角点，其中Δ′可由式(21)得出；执行完成本步骤5.17.2.2后，结束标定角点唯一性编码；
通过上述步骤即完成了对编码平面靶标中所有标定角点的唯一性编码工作，每一个标定角点均有确定且唯一的编码号。
步骤6、令r＝r-1，若r≠0，则在编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合Ψr中排除编号Ir后，重复执行步骤3至步骤5，直至完成编码立体靶标中的所有标定角点的编码工作。
通过上述步骤，即可完成对编码立体靶标中所以编码平面靶标中的所有标定角点的唯一性编码工作，找到了编码立体靶标内每个标定角点唯一的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在编码平面靶标的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在基准平面板区域的编码号。
此外，还提供了一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以如上所述的编码方法。
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
1、本发明在基准平面内设置了S个区域，每个区域包含一个编码平面靶标，且各区域的空间姿态各不相同，因此能够实现在保持较高精度的前提下，完成单目或多目视觉的单幅图像的标定过程，提高了标定过程的可操作性和效率；
2、在本发明中，基准平面板内可划分足够多区域，设置足够多的编码平面靶标，同时各个编码平面靶标均可调整每个方向的空间角，从而调整空间姿态，极大提高了摄像机标定过程的容错率和鲁棒性；
3、本发明中采用的编码平面靶标，由于其编码图案结构简单，在摄像机标定过程中，根据单幅图像即可利用数字图像处理技术，准确且快速获取编码立体靶标内任一编码平面靶标的标定角点及其编码信息，从而提升了摄像机标定过程的可操作性；
4、在本发明中，基准平面板中的各个编码平面靶标内，可设置足够多的标定角点，从而可应对摄像机标定过程中出现的拍摄图像不完整的情况，同时在编码立体靶标内，每个标定角点的编码信息唯一确定，保证了摄像机标定过程的精确性；
5、本发明的编码立体靶标中的编码信息拥有庞大的编码容量，能够拓展出足够大的基准平面板及最够多的编码平面靶标，因此可应对大视场或复杂背景等多种标定场景，适应范围广。
附图说明
图1为实施例中采用的编码立体靶标3D示意图；
图2为编码立体靶标的基准平面板内区域划分示意图；
图3为编码立体靶标的连接机构示意图；
图4为编码立体靶标中的编码平面靶标板正面示意图；
图5为编码立体靶标中的编码平面靶标板反面示意图；
图6为编码立体靶标中连接机构连接编码平面靶标板和基准平面板的示意图；
图7为本发明实施例中编码平面靶标的规定向量
Figure BDA0003051643050000171
和辅助向量
Figure BDA0003051643050000172
的示意图；
图8为本发明实施例中根据5号编码平面靶标内的规定向量
Figure BDA0003051643050000173
和辅助向量
Figure BDA0003051643050000174
寻找第1行第1个平行四边形编码单元和第2行第1个平行四边形编码单元的示意图；
图9为本发明实施例中根据5号编码平面靶标中的规定向量
Figure BDA0003051643050000175
以及第1行第1个平行四边形编码单元和第2行第1个平行四边形编码单元确定的每一行第1个平行四边形编码单元的示意图；
图10为本发明实施例中根据5号编码平面靶标中的辅助向量
Figure BDA0003051643050000176
以及每一行第1个平行四边形编码单元确定的每一行所有的平行四边形编码单元示意图；
图11为本发明实施例中根据5号编码平面靶标内每个标定角点的编码方法确定的每个平行四边形编码单元的编码序号示意图；
图12为本发明实施例中在5号编码平面靶标内建立的靶标坐标系示意图；
图13为本发明实施例中5号编码平面靶标内每个标定角点的非唯一性编码示意图；
图14为本发明实施例中5号编码平面靶标内每个标定角点的唯一性编码示意图；
图15为1号编码平面靶标示意图；
图16为2号编码平面靶标示意图；
图17为3号编码平面靶标示意图；
图18为4号编码平面靶标示意图；
图19为5号编码平面靶标示意图；
图20为6号编码平面靶标示意图；
图21为本发明的基于编码立体靶标的编码方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，一种用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标，该编码立体靶标包括基准平面板、编码平面靶标板和连接机构，图1所示的编码立体靶标共包含1个基准平面板、6个编码平面靶标板和6个连接机构，基准平面板的表面被划分为6个区域，每个区域内固定设置一个连接机构，每个连接机构的端部通过球铰链活动连接有一个编码平面靶标板，每个编码平面靶标板的空间姿态可活动调节。
编码立体靶标的基准平面板是一个长度为a、宽度为b、厚度为c的长方体薄板结构；本实施例中，编码立体靶标的基准平面板的长度为450mm、宽度为450mm、厚度为13mm。
在编码立体靶标的基准平面板中，选择长度为450mm、宽度为450mm的矩形表面为基准面，采用上述划分方法将基准面划分为2行*3列的6个区域，划分方法如下：步骤1、任取基准面的一个顶点记为基准坐标系的原点o，在基准面中将相交形成原点o的长为a的一条边记为基准坐标系x轴确定边N1，在基准坐标系x轴确定边N1上取基准面的顶点记为基准坐标系x轴确定边N1上第一点o1，其中基准坐标系x轴确定边N1上第一点o1与基准坐标系的原点o是互不重合的2个点，记向量
Figure BDA0003051643050000181
为基准坐标系x轴确定向量
Figure BDA0003051643050000182
在基准面中将相交形成原点o的长为b的一条边记为基准坐标系y轴确定边N2，在基准坐标系y轴确定边N2上取基准面的顶点记为基准坐标系y轴确定边N2上第一点o2，其中基准坐标系y轴确定边N2上第一点o2与基准坐标系的原点o是互不重合的2个点，记向量
Figure BDA0003051643050000191
为基准坐标系y轴确定向量
Figure BDA0003051643050000192
其中，基准坐标系x轴确定边N1与基准坐标系y轴确定边N2是2条互不相同的边；以基准坐标系x轴确定向量
Figure BDA0003051643050000193
的方向作为基准坐标系的x轴的正向，以基准坐标系y轴确定向量
Figure BDA0003051643050000194
的方向作为基准坐标系的y轴的正向，x轴y轴z轴满足右手定则，由此建立基准坐标系o-xyz；
步骤2、在基准面内，根据基准坐标系o-xyz，用Sa-1＝2条与y轴平行的纵向区域分割线和Sb-1＝1条与x轴平行的横向区域分割线将基准面划分为S个区域，其中，Sa、Sb均为正整数，Sa＝3，Sb＝2，且Sa表示在基准面内划分S个区域中，所能划分的区域的最大的列数，即基准面内S个区域的列编号的最大值，同样Sb表示在基准面内划分6个区域中，所能划分的区域的最大的行数，即基准面内6个区域的行编号的最大值，则有Sa·Sb＝3×2＝S＝6，于是可将基准面划分为6个区域；
步骤3、在基准面内，将包含基准坐标系o-xyz原点o的区域记为第1行第1列区域，将第1行第1列区域记为1号区域；以1号区域为起始区域，将沿着基准坐标系x轴正向依次搜索到的2个区域依次记为第1行第2列区域、第1行第3列区域，同时将第1行第2列区域记为
Figure BDA0003051643050000195
号区域、第1行第3列区域记为
Figure BDA0003051643050000196
号区域，其中，
Figure BDA0003051643050000197
将第2行第1列区域记为
Figure BDA0003051643050000198
号区域；以
Figure BDA0003051643050000199
号区域为起始区域，将沿着基准坐标系x轴正向依次搜索到的2个区域依次记为第2行第2列区域、第2行第3列区域，同时将第2行第2列区域记为
Figure BDA00030516430500001910
号区域、第2行第3列区域记为
Figure BDA00030516430500001911
号区域，其中，
Figure BDA00030516430500001912
如图2所示，6个编码平面靶标板都有如下特征：编码平面靶标板是长方体，在编码平面靶标板中，任意选取编码平面靶标板6个平面中的一个平面作为编码平面靶标板的正面，在编码平面靶标板余下的5个平面中，选取与编码平面靶标板的正面平行的一个平面作为编码平面靶标板的反面；在编码平面靶标板的正面内设置一个编码平面靶标，而编码平面靶标板的反面用于与连接机构连接。本实施例中，连接机构如图3所示；编码平面靶标板的正面设置了一个编码平面靶标，如图4所示；编码平面靶标板的反面如图5所示，用于与连接机构连接；同时，连接机构将编码平面靶标板与基准平面板连接，如图6所示。
在基准面的6个区域中，基准面的每个区域内有且仅有一个连接机构将1个编码平面靶标板与基准平面板连接，记基准面第
Figure BDA00030516430500001913
区域内的连接机构为第
Figure BDA00030516430500001914
连接机构，记第
Figure BDA00030516430500001915
连接机构连接的1个编码平面靶标板为第
Figure BDA00030516430500001916
编码平面靶标板，6个第
Figure BDA00030516430500001917
连接机构互为不同的连接机构实体，6个第
Figure BDA0003051643050000201
编码平面靶标板互为不同的编码平面靶标板实体，其中
Figure BDA0003051643050000202
将第
Figure BDA0003051643050000203
编码平面靶标板正面内的编码平面靶标记为第
Figure BDA0003051643050000204
编码平面靶标。
本实施例中，所述编码立体靶标共包含6个编码平面靶标，1号编码平面靶标至6号编码平面靶标如图15-图20，其中每个编码平面靶标的特性如下：
编码平面靶标由平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元交替组成的编码棋盘格构成，本实施例中，编码平面靶标中所有平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元均为边长为13.5毫米的正方形；编码平面靶标以任意对角相连的平行四边形编码单元的交点作为编码平面靶标的标定角点，所述编码平面靶标一共包含5行×5列个标定角点。
编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元的内部设置有编码图案，编码图案包括定位图案、定向图案和编码标志图案，其中编码标志图案又由多个编码单元图案组成，每一个平行四边形编码单元内部的定位图案、定向图案和编码单元图案均不重叠且不连通；定向图案和定位图案用于编码平面靶标旋转方向的判断；编码标志图案用于给编码平面靶标中每一个标定角点进行编码。
如图7所示，以5号编码平面靶标为例，任取5号编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为编码平面靶标向量确定编码单元Γv(图7中，第3行第3个平行四边形编码单元为编码平面靶标向量确定编码单元Γv)，任取5号编码平面靶标向量确定编码单元Γv的一个顶点记为向量确定编码单元第一顶点o″1，在编码平面靶标向量确定编码单元Γv中将相交形成向量确定编码单元第一顶点o″1的任意一条边记为向量确定编码单元第一边Νv1，在向量确定编码单元第一边Νv1上取向量确定编码单元Γv的顶点记为向量确定编码单元第一边上第一点o″2，其中向量确定编码单元第一边上第一点o″2与向量确定编码单元第一顶点o″1是互不重合的2个点，记向量
Figure BDA0003051643050000205
为规定向量
Figure BDA0003051643050000206
且在同一平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向与规定向量
Figure BDA0003051643050000207
的方向相同。
将编码平面靶标所在的平面记为靶标平面Pt，以向量确定编码单元第一顶点o″1为起点做一个与规定向量
Figure BDA0003051643050000208
同向的单位向量记为第1个规定单位向量
Figure BDA0003051643050000209
正视靶标平面Pt时，以向量确定编码单元第一顶点o″1为旋转中心，在靶标平面Pt内将第1个规定单位向量
Figure BDA00030516430500002010
逆时针旋转β′角度(0°＜β′＜90°)得到第2个规定单位向量
Figure BDA00030516430500002011
在空间中以向量确定编码单元第一顶点o″1为起点做一个与
Figure BDA0003051643050000211
所得向量的方向相同的单位向量，并记为正向向量
Figure BDA0003051643050000212
将编码平面靶标向量确定编码单元Γv上距离编码平面靶标向量确定编码单元Γv中的定向图案最近的两个顶点分别记为第1临时顶点o″3和第2临时顶点o″4；若
Figure BDA0003051643050000213
所得向量的方向与正向向量
Figure BDA0003051643050000214
的方向相同，则将记为向量
Figure BDA0003051643050000215
辅助向量
Figure BDA0003051643050000216
若
Figure BDA0003051643050000217
所得向量的方向与正向向量
Figure BDA0003051643050000218
的方向相同，则将向量
Figure BDA0003051643050000219
记为辅助向量
Figure BDA00030516430500002110
本实施例中，向量确定编码单元第一顶点o″1、向量确定编码单元第一边上第一点o″2、规定向量
Figure BDA00030516430500002111
和辅助向量
Figure BDA00030516430500002112
的选取如图7所示。
编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元内部的定位图案、定向图案和编码单元图案均不重叠且不连通。
每个编码平面靶标内的每一个平行四边形编码单元中的定位图案为直径3毫米的实心圆，定向图案均为外直径3毫米且内直径1.5毫米的圆环，并且定位图案和定向图案的位置关系满足如下条件：同一平行四边形编码单元的定位图案和定向图案均在所属平行四边形编码单元的内部，且同一平行四边形编码单元内的定位图案的质心和定向图案的质心均在所属平行四边形编码单元的质心附近，并且在同一平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向与规定向量
Figure BDA00030516430500002113
的方向相同。
在每个编码平面靶标内同一个平行四边形编码单元中的多个编码单元图案的尺寸既可互不相同也可相同；在本发明实施例中，在每个编码平面靶标内同一个平行四边形编码单元中的12个编码单元图案均为直径1.5毫米的实心圆。
在每个编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元及其内部的定位图案、编码单元图案满足如下关系：在同一个平行四边形编码单元中，每个编码单元图案的轮廓长度均小于定位图案的轮廓长度，并且定位图案的轮廓长度小于平行四边形编码单元的周长2d+2e。本实施例中(如图4所示)，在同一个平行四边形编码单元中，每个编码单元图案的轮廓长度2.36毫米小于定位图案的轮廓长度4.71毫米，并且定位图案的轮廓长度4.71毫米小于平行四边形编码单元的周长48毫米。
每个编码平面靶标中所有平行四边形编码单元的背景颜色相同，并且将编码平面靶标中所有的平行四边形编码单元的背景颜色记为颜色1；编码平面靶标中所有平行四边形非编码单元的颜色均相同，并且将编码平面靶标中所有平行四边形非编码单元的颜色记为颜色2；编码平面靶标中所有平行四边形编码单元的背景颜色(即颜色1)与所有平行四边形非编码单元的颜色(即颜色2)具有明显的差异；在具体实施例中(如图4所示)，每个编码平面靶标中所有的平行四边形编码单元的背景颜色均为黑色(即颜色1)，并且与每个编码平面靶标中所有平行四边形非编码单元的颜色均为白色(即颜色2)具有明显差异。
每个编码平面靶标中所有平行四边形编码单元包含的所有定位图案和定向图案的颜色均相同，并将编码平面靶标中所有平行四边形编码单元包含的所有定位图案和定向图案的颜色记为颜色3，并且颜色3与颜色1具有明显差异；在本发明实施例中，每个编码平面靶标中所有平行四边形编码单元包含的所有定位图案和定向图案的颜色均为白色(即颜色3)。本实施例中(如图4所示)，颜色3与颜色2均为白色，颜色3(白色)与颜色1(黑色)具有明显差异。
每个编码平面靶标中所有平行四边形编码单元内所包含的所有编码单元图案的颜色与颜色1相同或者与颜色3相同。本实施例中(如图4所示)，编码平面靶标中所有编码单元图案的颜色为黑色(颜色1)或者为白色(颜色3)。
在每个编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元内的颜色为黑色(即颜色1)的连通域具有如下特征：同一个平行四边形编码单元内包含2个黑色(即颜色1)连通域，且距离定向图案质心最近的黑色(即颜色1)连通域的面积小于另一个黑色(即颜色1)连通域的面积。
每个编码平面靶标内不同的平行四边形编码单元包含的定位图案的面积大小可以相同也可以不同；如图4所示，本实施例中，每个编码平面靶标内不同的平行四边形编码单元包含的定位图案的面积大小相同。
每个编码平面靶标内不同的平行四边形编码单元包含的定向图案的面积大小可以相同也可以不同；如图4所示，本实施例中，每个编码平面靶标内不同的平行四边形编码单元包含的定向图案的面积大小相同。
每个编码平面靶标内不同的平行四边形编码单元包含的编码单元图案的面积大小可以相同也可以不同；如图4所示，本实施例中，每个编码平面靶标内不同的平行四边形编码单元包含的编码单元图案的面积大小相同。
本实施例中，编码平面靶标的平行四边形编码单元编码序号的编码序号总数为4096，采用连续编号，编码序号范围为[0,4095]，那么所有S个编码平面靶标内的任一平行四边形编码单元编码序号均在此范围内，即编码立体靶标中编码号最大的平行四边形编码单元的编码号应小于4096。
请参阅图21，一种基于所述的编码立体靶标的编码方法，通过对每个编码平面靶标中的所有标定角点进行编码，找到编码立体靶标内每个标定角点唯一的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在编码平面靶标的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在基准平面板区域的编码号，从而完成整个编码立体靶标的所有标定角点的编码。
进一步的，对编码立体靶标内每个标定角点的编码方法包括如下步骤：
步骤1、取变量r表示未完成编码的编码平面靶标的个数和未完成编码的区域的个数，并设置初始值r＝S，编码立体靶标中的平行四边形编码单元的初始编码号为zS，zS为正整数；本实施例中，设置初始值r＝6，编码立体靶标中的平行四边形编码单元的初始编码号为z6＝0。
步骤2、设定编码立体靶标区域及编码平面靶标的编号范围为1,2,3,...,S的连续正整数，记编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合为Ψr＝[1,2,3,...,S]，r同样表示编号集合内编号的个数；本实施例中，编码立体靶标区域及编码平面靶标的编号范围为1,2,3,4,5,6的连续正整数，记编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合为Ψr＝[1,2,3,4,5,6]。
步骤3、在6个未完成编码的区域中，按照任意规则或随机在空间中编码立体靶标内选取一个区域，同时在编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合Ψr＝[1,2,3,4,5,6]中，按照任意规则或随机选取一个编号并记为Ir，本实施例中Ir＝5，作为选取的对应区域的编号。
经计算得出5号区域为编码立体靶标基准平面板上第2行第2列所在的区域，且5号区域内的编码平面靶标为5号编码平面靶标，5号编码平面靶标共有5×5＝25个标定角点，18个平行四边形编码单元。
步骤4、对于5号区域内的5号编码平面靶标的初始编码号zr，进行重新赋值；
本实施例中，r＝6＝S，属于r＝S的情形，则令5号区域内的5号编码平面靶标的初始编码号为zr＝0；
步骤5、利用编码平面靶标的编码方法，对5号区域内的5号编码平面靶标的所有标定角点进行编码，得到5号编码平面靶标内每个标定角点的唯一编码号；
具体的编码过程如下：
步骤5.1、取整数0作为编码平面靶标中的初始编码号，即令zv＝0；编码平面靶标中共有5行×5列个标定角点，M和N均为奇数，平行四边形编码单元总数ε可由公式(1)计算得出：
ε＝(M-1)(N-1)/2+M+N＝18 (1)
其中M＝5且N＝5；
步骤5.2.1、任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为Π1，在任取一个与平行四边形编码单元Π1存在公共顶点的平行四边形编码单元记为Π2，其中Π1和Π2的位置选取如图8所示；
步骤5.2.2、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始，将沿着与规定向量
Figure BDA0003051643050000241
相反的方向上搜寻距离平行四边形编码单元Π1最远的平行四边形编码单元作为纵向末端平行四边形编码单元1记为
Figure BDA0003051643050000242
如图8所示；
步骤5.2.3、在编码平面靶标上，将在与规定向量
Figure BDA0003051643050000243
相反的方向上搜寻距离平行四边形编码单元Π2最远的平行四边形编码单元作为纵向末端平行四边形编码单元2记为
Figure BDA0003051643050000244
如图8所示；
步骤5.2.4、在编码平面靶标上，将在与辅助向量
Figure BDA0003051643050000245
相反的方向上搜寻距离纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000246
最远的平行四边形编码单元作为横向末端平行四边形编码单元1记为Γ1，如图8所示；
步骤5.2.5、在编码平面靶标上，将在与辅助向量
Figure BDA0003051643050000247
相反的方向上搜寻距离纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000248
最远的平行四边形编码单元作为横向末端平行四边形编码单元2记为Γ2，如图8所示；
步骤5.2.6、本实施例中，平行四边形编码单元Γ1和平行四边形编码单元Γ2中标定角点的个数满足，Φ1＝＝2且Φ2＝＝2，且
Figure BDA0003051643050000249
与
Figure BDA00030516430500002410
平行且
Figure BDA00030516430500002411
与
Figure BDA00030516430500002412
平行的情形，则横向末端平行四边形编码单元1Γ1的编码号即为0，如图9所示，同时记横向末端平行四边形编码单元1Γ1为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002413
将横向末端平行四边形编码单元2Γ2记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002414
步骤5.2.7、取整数变量δ，并赋予其初值δ＝0；
步骤5.2.8、本实施例中，在编码平面靶标上，可分别搜索得出第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002415
第3行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002416
第5行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002417
整数变量m′＝6，搜索结果如图9所示；
步骤5.2.9、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；
步骤5.2.10、本实施例中，在编码平面靶标上，可分别搜索得出第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000251
第4行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000252
第6行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000253
整数变量m″＝6，搜索结果如图9所示；
步骤5.2.11、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；取整数变量ρ，并赋值ρ＝1；
步骤5.2.12、在编码平面靶标上，从第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000254
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA0003051643050000255
的方向上搜索平行四边形编码单元；
步骤5.2.13、判断是否满足δ＜6；当δ＜6时，则将δ+1赋值给δ，将ρ重新赋值ρ＝1，然后重新执行步骤5.2.12；否则执行步骤5.2.14；
本实施例中，根据步骤5.2.12和步骤5.2.13可分别得到第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000256
第1行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000257
第1行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000258
第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000259
第2行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002510
第2行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002511
第3行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002512
第3行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002513
第3行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002514
且f3＝3；第4行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002515
第4行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002516
第4行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002517
且f4＝3；第5行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002518
第5行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002519
第5行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002520
且f5＝3；第6行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002521
第6行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002522
第6行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002523
且f6＝3；实施例中可得出：f1＝3,f2＝3,f3＝3,f4＝3,f5＝3，即代表在编码平面靶标中，第1行、第2行、第3行、第4行、第5行和第6行中的平行四边形编码单元数均为3个，搜索结果如图10所示；
步骤5.2.14、记
Figure BDA00030516430500002524
代表第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030516430500002525
对应的编码号；
步骤5.2.15、重新对整数变量δ赋值δ＝1；取整数变量z′，并将初始编码号值zv赋值给z′；重新对整数变量ρ赋值ρ＝0；本实施例中把0赋值给z′；取整数变量ρ并赋值ρ＝0；
步骤5.2.16、将z′+ρ赋值给
Figure BDA00030516430500002526
再把ρ+1赋值给ρ；当ρ＜fδ时，重新执行步骤5.2.16；否则执行步骤5.2.17；
本实施例中，经过步骤5.2.16和步骤5.2.17可分别得出在编码平面靶标中，
Figure BDA0003051643050000261
对应的编码平面靶标内每个平行四边形编码单元的编码号如图11所示；
步骤5.3.1、建立靶标坐标系，记第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003051643050000262
中的标定角点为α′1，此时选取标定角点α′1作为靶标坐标系的原点Ot，以辅助向量
Figure BDA0003051643050000263
的方向作为靶标坐标系的Xt轴的方向；
步骤5.3.2以正向向量
Figure BDA0003051643050000264
的方向作为靶标坐标系的Zt轴的方向，靶标坐标系的Yt轴、Xt轴与Zt轴满足右手准则，以此建立靶标坐标系Ot-XtYtZt，如图12所示；
步骤5.4、取整数变量e，并赋予其初值e＝zv；本实施例中将0赋值给整数变量e；
步骤5.5、编码平面靶标中，在编码号为0对应的平行四边形编码单元内，分别记定位圆质心的靶标坐标为ol,0(6.75,-4.5,0)、定向圆环质心的靶标坐标为od,0(6.75,-9,0)、由定向圆环质心指向定位圆质心的向量为编码号为0对应的平行四边形编码单元内的方向向量
Figure BDA0003051643050000265
在编码号为0对应的平行四边形编码单元内，计算距离定位圆质心ol,0最近的两个顶点分别记为C0,1min(13.5,0,0)和C0,2min(0,0,0)，码号为0对应的平行四边形编码单元内的方向向量
Figure BDA0003051643050000266
可由式(2)算出，码号为0对应的平行四边形编码单元内的顶点向量
Figure BDA0003051643050000267
可由式(3)算出，
Figure BDA0003051643050000268
Figure BDA0003051643050000269
在编码号为0对应的平行四边形编码单元内，记过定位圆质心ol,0且平行于顶点向量
Figure BDA00030516430500002610
的直线为l1,0，过定向圆环质心od,0且平行于顶点向量
Figure BDA00030516430500002611
的直线为l2,0，记通过定位圆质心ol,0和定向圆环质心od,0的直线为l3,0；利用直线l3,0、直线l1,0与直线l2,0可将编码号为0对应的平行四边形编码单元划分为6个编码区域，且编码号为0对应的平行四边形编码单元中每个编码区域内包含2个编码单元图案；
步骤5.6、在编码号为0对应的平行四边形编码单元内，可由式(8)和式(9)分别计算出该平行四边形编码单元中的第一判断向量
Figure BDA00030516430500002612
和第二判断向量
Figure BDA00030516430500002613
Figure BDA0003051643050000271
Figure BDA0003051643050000272
接着可由式(10)和式(11)分别计算出编码号为0对应的平行四边形编码单元内的区域划分第一向量
Figure BDA0003051643050000273
和区域划分第二向量
Figure BDA0003051643050000274
Figure BDA0003051643050000275
Figure BDA0003051643050000276
由于
Figure BDA0003051643050000277
且
Figure BDA0003051643050000278
则将顶点C0,1min(0,0,0)记为编码号为0对应的平行四边形编码单元中第1编码区定位顶点
Figure BDA0003051643050000279
且将该第1编码区定位顶点
Figure BDA00030516430500002710
所属的编码区域记为编码号为0对应的平行四边形编码单元中的第1编码区域；同时将顶点C0,2min(0,0,0)记为编码号为0对应的平行四边形编码单元中第6编码区定位顶点
Figure BDA00030516430500002711
且将该第6编码区定位顶点
Figure BDA00030516430500002712
所属的编码区域记为编码号为0对应的平行四边形编码单元中的第6编码区域；
步骤5.7、在编码号为0对应的平行四边形编码单元中，将该平行四边形编码单元的第1编码区域作为起始区域、第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向(沿着靶标坐标系Zt轴正向的相反方向)，依次将该平行四边形编码单元中的6个编码区域记为该平行四边形编码单元的第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域；
步骤5.8、编码号为0对应的平行四边形编码单元中第σ编码区域(σ＝1,2,5,6)中的第i个编码单元图案(i＝1,2)的质心到直线l1,0的距离记为
Figure BDA00030516430500002713
将编码号为0对应的平行四边形编码单元中第π编码区域(π＝3,4)中的第i个(i＝1,2)编码单元图案的质心到直线l2,0的距离记为
Figure BDA00030516430500002714
将编码号为0对应的平行四边形编码单元中第θ号编码区域(θ＝1,2,3,4,5,6)中的第i个(i＝1,2)编码单元图案的质心到直线l3,0的距离记为
Figure BDA00030516430500002715
本实施例中有：
Figure BDA00030516430500002716
步骤5.9、本实施例中，在编码号为0对应的平行四边形编码单元中，
Figure BDA00030516430500002717
且
Figure BDA0003051643050000281
同时，
Figure BDA0003051643050000282
且
Figure BDA0003051643050000283
步骤5.10、本实施例中，在编码号为0对应的平行四边形编码单元内第σ编码区域中，由于
Figure BDA0003051643050000284
且
Figure BDA0003051643050000285
则记该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第1个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA0003051643050000286
记该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第2个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第σ编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA0003051643050000287
其中σ＝1,2,5,6；
步骤5.11、本实施例中，在编码号为0对应的平行四边形编码单元内第π编码区域中，由于
Figure BDA0003051643050000288
且
Figure BDA0003051643050000289
时，则记该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第1个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030516430500002810
记该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第2个编码单元图案为该平行四边形编码单元内第π编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA00030516430500002811
其中π＝3,4；
步骤5.12、在编码号为0对应的平行四边形编码单元内，将第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure BDA00030516430500002812
对应的编码值记为
Figure BDA00030516430500002813
其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6，并且
Figure BDA00030516430500002814
的取值只能为0或1；
步骤5.13、记编码号0所对应的12位二进制数为w0，本实施例中w0＝＝(000000000000)2，并且规定
Figure BDA00030516430500002815
Figure BDA00030516430500002816
依次按照从最低位到最高位的顺序分别对应二进制数w0的十二位数值，且须满足式(16)，
GT·F0＝＝0 (16)
其中，列向量G＝(20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211)T，且
列向量F0＝(0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0)T；
步骤5.14、由于编码号为0对应的平行四边形编码单元内的所有编码单元图案
Figure BDA00030516430500002817
的编码值均为0，即
Figure BDA00030516430500002818
则令编码号为0对应的平行四边形编码单元内的所有编码单元图案
Figure BDA00030516430500002819
的颜色均为黑色(即颜色1)，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6；
步骤5.15、本实施例属于ge＝＝1且
Figure BDA00030516430500002820
的情形，则将位于编码号为0的平行四边形编码单元内第1编码区域上的标定角点记为编码号为0的平行四边形编码单元中第1编码区域的标定角点
Figure BDA00030516430500002821
至此，完成了编码号为0对应的平行四边形编码单元的编码工作；
步骤5.16、将e+1重新赋值给e，重新执行编码步骤即可完成编码号为1对应的平行四边形编码单元的编码工作；以此类推，最后可完成本实施例中所有18个平行四边形编码单元的非唯一性编码工作，如图13所示。
将所得出的编码平面靶标上平行四边形编码单元的编码号以及每个标定角点的2个编码序号(即非唯一行编码号)作为输入条件，完成编码平面靶标上每个标定角点唯一性编码的步骤如下：
步骤5.17.1、令j＝Max{m′,m″}，本实施例中，j＝6，第5行第3个平行四边形编码单元的4个顶点为标定角点的个数Φ′p＝＝2；
步骤5.17.2.1、由于N＝＝5为奇数，执行步骤5.17.2.2；
步骤5.17.2.2、取整数参数Δ并赋值Δ＝(N+1)/2＝3，执行步骤5.17.2.2.1；
步骤5.17.2.2.1、将所有位于编码号为e′1的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003051643050000291
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003051643050000292
记为第
Figure BDA0003051643050000293
号标定角点，其中zv≤e′1≤zm，
Figure BDA0003051643050000294
或6，zm可由式(19)得出；
zm＝ε+zv-Δ-1＝14 (19)
由此步骤，将标定角点
Figure BDA0003051643050000295
分别记为第0_6号标定角点、第0_1号标定角点、第1_6号标定角点、…、第13_1号标定角点、第14_6号标定角点；
步骤5.17.2.2.2、本实施例中，Φp＝＝2，由式(20)、式(21)和式(22)的计算，将标定角点
Figure BDA0003051643050000296
也分别记为第0_6号标定角点、第0_1号标定角点、第1_6号标定角点、…、第13_1号标定角点、第14_6号标定角点；
通过上述步骤即完成了对编码平面靶标中所有标定角点的唯一性编码工作，每一个标定角点均有确定且唯一的编码号。
步骤6、令r＝r-1，若r≠0，则在编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合Ψr中排除编号Ir后，重复执行步骤3至步骤5，直至完成编码立体靶标中的所有标定角点的编码工作。
本实施例中，r＝S-1＝5∈[1,S]，因此，新的编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合Ψr为Ψr＝{1,2,3,4,6}，并跳转步骤3，直至完成循环，完成所有6个编码平面靶标的编码任务，1号编码平面靶标如图15所示，2号编码平面靶标如图16所示，3号编码平面靶标如图17所示，4号编码平面靶标如图18所示，5号编码平面靶标如图19所示，6号编码平面靶标如图20所示。具体实施例中，编码立体靶标内的每个标定角点对应的唯一编码序号、唯一像素坐标系下的像素坐标值和唯一靶标坐标系下的靶标坐标值如表1-表6所示；
表1 1号编码平面靶标内所有标定角点信息
编码平面靶标编码号 唯一编码序号 靶标坐标值 编码平面靶标编码号 唯一编码序号 靶标坐标值
1 92_6 (0，54) 1 84_1 (27，13.5)
1 89_1 (0，40.5) 1 81_6 (27，0)
1 86_6 (0，27) 1 93_1 (40.5，54)
1 83_1 (0，13.5) 1 91_6 (40.5，40.5)
1 80_6 (0，0) 1 87_1 (40.5，27)
1 92_1 (13.5，54) 1 85_6 (40.5，13.5)
1 90_6 (13.5，40.5) 1 81_1 (40.5，0)
1 86_1 (13.5，27) 1 94_6 (54，54)
1 84_6 (13.5，13.5) 1 91_1 (54，40.5)
1 80_1 (13.5，0) 1 88_6 (54，27)
1 93_6 (27，54) 1 85_1 (54，13.5)
1 90_1 (27，40.5) 1 82_6 (54，0)
1 87_6 (27，27)
表2 2号编码平面靶标内所有标定角点信息
编码平面靶标编码号 唯一编码序号 靶标坐标值 编码平面靶标编码号 唯一编码序号 靶标坐标值
2 110_1 (0，54) 2 102_6 (27，13.5)
2 107_6 (0，40.5) 2 99_1 (27，0)
2 104_1 (0，27) 2 112_6 (40.5，54)
2 101_6 (0，13.5) 2 108_1 (40.5，40.5)
2 98_1 (0，0) 2 106_6 (40.5，27)
2 111_6 (13.5，54) 2 102_1 (40.5，13.5)
2 107_1 (13.5，40.5) 2 100_6 (40.5，0)
2 105_6 (13.5，27) 2 112_1 (54，54)
2 101_1 (13.5，13.5) 2 109_6 (54，40.5)
2 99_6 (13.5，0) 2 106_1 (54，27)
2 111_1 (27，54) 2 103_6 (54，13.5)
2 108_6 (27，40.5) 2 100_1 (54，0)
2 105_1 (27，27)
表3 3号编码平面靶标内所有标定角点信息
Figure BDA0003051643050000301
Figure BDA0003051643050000311
表4 4号编码平面靶标内所有标定角点信息
编码平面靶标编码号 唯一编码序号 靶标坐标值 编码平面靶标编码号 唯一编码序号 靶标坐标值
4 69_6 (0，54) 4 61_1 (27，13.5)
4 66_1 (0，40.5) 4 58_6 (27，0)
4 63_6 (0，27) 4 70_1 (40.5，54)
4 60_1 (0，13.5) 4 68_6 (40.5，40.5)
4 57_6 (0，0) 4 64_1 (40.5，27)
4 69_1 (13.5，54) 4 62_6 (40.5，13.5)
4 67_6 (13.5，40.5) 4 58_1 (40.5，0)
4 63_1 (13.5，27) 4 71_6 (54，54)
4 61_6 (13.5，13.5) 4 68_1 (54，40.5)
4 57_1 (13.5，0) 4 65_6 (54，27)
4 70_6 (27，54) 4 62_1 (54，13.5)
4 67_1 (27，40.5) 4 59_6 (54，0)
4 64_6 (27，27)
表5 5号编码平面靶标内所有标定角点信息
编码平面靶标编码号 唯一编码序号 靶标坐标值 编码平面靶标编码号 唯一编码序号 靶标坐标值
5 12_6 (0，54) 5 4_1 (27，13.5)
5 9_1 (0，40.5) 5 1_6 (27，0)
5 6_6 (0，27) 5 13_1 (40.5，54)
5 3_1 (0，13.5) 5 11_6 (40.5，40.5)
5 0_6 (0，0) 5 7_1 (40.5，27)
5 12_1 (13.5，54) 5 5_6 (40.5，13.5)
5 10_6 (13.5，40.5) 5 1_1 (40.5，0)
5 6_1 (13.5，27) 5 14_6 (54，54)
5 4_6 (13.5，13.5) 5 11_1 (54，40.5)
5 0_1 (13.5，0) 5 8_6 (54，27)
5 13_6 (27，54) 5 5_1 (54，13.5)
5 10_1 (27，40.5) 5 2_6 (54，0)
5 7_6 (27，27)
表6 6号编码平面靶标内所有标定角点信息
Figure BDA0003051643050000312
Figure BDA0003051643050000321
通过上述步骤，即可完成对编码立体靶标中所以编码平面靶标中的所有标定角点的唯一性编码工作，找到了编码立体靶标内每个标定角点唯一的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在编码平面靶标的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在基准平面板区域的编码号。
本发明提供的基于编码立体靶标的编码方法，需要编制相应的计算机程序，并在计算机上执行程序以实现相应的运算处理及逻辑控制功能，因而本发明也提供一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以所述的编码方法。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标，其特征在于：所述编码立体靶标包括基准平面板、编码平面靶标板和连接机构，所述基准平面板的表面划分为S个区域，S为正整数且S＞3，每个区域内固定设置一个连接机构，每个连接机构的端部活动连接有一个编码平面靶标板，每个区域内的连接机构连接的编码平面靶标板均不相同，每个编码平面靶标板的空间姿态可活动调节，所述编码平面靶标板上均设置有编码平面靶标；
所述编码平面靶标由平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元交替组成的编码棋盘格构成，所述编码平面靶标以任意对角相连的平行四边形编码单元的交点作为编码平面靶标的标定角点，所述编码平面靶标一共包含M行×N列个标定角点，其中M和N均为正整数；编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元的内部设置有编码图案，编码图案包括定位图案、定向图案和编码标志图案，其中编码标志图案又由多个编码单元图案组成；定向图案和定位图案用于编码平面靶标旋转方向的判断；编码标志图案用于给编码平面靶标中每一个标定角点进行编码；
任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为编码平面靶标向量确定编码单元Γv，任取编码平面靶标向量确定编码单元Γv的一个顶点记为向量确定编码单元第一顶点o″1，在编码平面靶标向量确定编码单元Γv中将相交形成向量确定编码单元第一顶点o″1的任意一条边记为向量确定编码单元第一边Νv1，在向量确定编码单元第一边Νv1上取向量确定编码单元Γv的顶点记为向量确定编码单元第一边上第一点o″2，其中第一点o″2与第一顶点o″1是互不重合的2个点，记向量
Figure FDA0003727692730000011
为规定向量
Figure FDA0003727692730000012
且每一个平行四边形编码单元中的定位图案和定向图案的位置关系如下：在同一平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向与规定向量
Figure FDA0003727692730000013
的方向相同。
2.根据权利要求1所述的一种用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标，其特征在于：所述编码立体靶标的基准平面板中，设置有以基准面的任意一个顶点为原点o、以过原点o且在基准面中相交的两条边分别为x轴和y轴形成的基准坐标系o-xyz；
在基准坐标系o-xyz内，基准面由Sa-1条与y轴平行的纵向区域分割线和Sb-1条与x轴平行的横向区域分割线划分为S个区域，其中，Sa、Sb均为正整数，Sa∈[1，S]，Sb∈[1，S]，且Sa·Sb＝S；
在基准面内，以基准坐标系o-xyz原点o为起点，沿着基准坐标系x轴正向和y轴正向按照矩阵扫描的方式依次搜索每个区域，并将第α行第β列的区域记为
Figure FDA0003727692730000014
号区域，其中β表示沿x轴正方向的区域列编号，α表示沿y轴正方向的区域行编号，
Figure FDA0003727692730000021
表示区域编号，
Figure FDA0003727692730000022
且α、β、
Figure FDA0003727692730000023
为正整数，β＝1,2,3,...,Sa，α＝1,2,3,...,Sb，
Figure FDA0003727692730000024
3.根据权利要求1所述的一种用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标，其特征在于：所有编码平面靶标中的平行四边形编码单元的编码号互不相同，且每个编码平面靶标中的所有平行四边形编码单元的编码号为连续的整数。
4.根据权利要求3所述的一种用于快速标定摄像机内外参数的编码立体靶标，其特征在于：所述编码平面靶标的平行四边形编码单元的编码号范围为[0,4095]。
5.一种基于权利要求2所述的编码立体靶标的编码方法，其特征在于：通过对每个编码平面靶标中的所有标定角点进行编码，找到编码立体靶标内每个标定角点唯一的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在编码平面靶标的编码号、编码立体靶标内每个标定角点所在基准平面板区域的编码号，从而完成整个编码立体靶标的所有标定角点的编码。
6.根据权利要求5所述的编码立体靶标的编码方法，其特征在于：对编码立体靶标内每个标定角点的编码方法包括如下步骤：
步骤1、取变量r表示未完成编码的编码平面靶标的个数和未完成编码的区域的个数，并设置初始值r＝S，编码立体靶标中的平行四边形编码单元的初始编码号为zS，zS为正整数；
步骤2、设定编码立体靶标区域及编码平面靶标的编号范围为1,2,3,...,S的连续正整数，记编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合为Ψr＝[1,2,3,...,S]，r同样表示编号集合内编号的个数；
步骤3、在r个未完成编码的区域中，按照任意规则或随机在空间中编码立体靶标内选取一个区域，同时在编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合Ψr＝[1,2,3,...,S]中，按照任意规则或随机选取一个编号并记为Ir，作为选取的对应区域的编号；
同时将Ir号区域内的编码平面靶标记为Ir号编码平面靶标，记Ir号编码平面靶标内的平行四边形编码单元的编码序号总数为Lr+1，记Ir号区域内的Ir号编码平面靶标一共包含标定角点的个数为Mr×Nr个；
步骤4、对于Ir号区域内的Ir号编码平面靶标的初始编码号zr，进行重新赋值；
步骤5、利用编码平面靶标的编码方法，对Ir号区域内的Ir号编码平面靶标的所有标定角点进行编码，得到Ir号编码平面靶标内每个标定角点的唯一编码号；
步骤6、令r＝r-1，若r≠0，则在编码立体靶标中未编码的编码平面靶标的编号集合Ψr中排除编号Ir后，重复执行步骤3至步骤5，直至完成编码立体靶标中的所有标定角点的编码工作。
7.根据权利要求6所述的编码立体靶标的编码方法，其特征在于：步骤3中，所选区域的行编号及列编号由下式计算出：
Ir÷Sa＝α′...β′
其中：Sa、Sb均为正整数，Sa∈[1，S]，Sb∈[1，S]，且满足Sa·Sb＝S，Sa为在基准面内划分的S个区域中所能划分的区域的最大的列数，Sb为在基准面内划分的S个区域中所能划分的区域的最大的列数；
α′为Ir与Sa相除所得整数值，β′为Ir与Sa相除所得余数值；
若β′＝0，则所选编号为Ir的区域为第α′行第Sa列所在的区域；
若β′≠0，则所选编号为Ir的区域为第(α′+1)行第β′列所在的区域。
8.根据权利要求6所述的编码立体靶标的编码方法，其特征在于：在步骤4中，
若r＝S，则Ir号区域内的Ir号编码平面靶标的初始编码号zr＝zS；
若r≠S，则Ir号区域内的Ir号编码平面靶标的初始编码号zr＝zr+1+Lr+1+Δr；
其中：Δr为正整数，且Δr≥1，表示Ir号编码平面靶标与Ir+1号编码平面靶标的编码序号间隔。
9.一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以如权利要求5所述的编码方法。
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