(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 20221089126 5.X (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 中国人民解 放军63660部队 地址 471000 河南省洛阳市086信箱F1 1分 箱 (72)发明人 郭凯　田野　陈洪林　高新　 谷俊豪　 (74)专利代理 机构 中国兵器 工业集团公司专利 中心 11011 专利代理师 王智红 (51)Int.Cl. G06T 7/80(2017.01) G06T 7/73(2017.01) G06V 10/40(2022.01) (54)发明名称 一种基于单一灭点的相机姿态标定方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于单一灭点的相机姿 态标定方法， 属于计算机视觉、 摄影测量、 SLA M技 术领域。 本发 明只利用视场中存在的已知方向的 平行线产生的一个灭点， 测量滚转角， 拍摄平行 线图像， 得到平行线在图像中的成像， 然后提出 对应灭点的像素坐标， 即可对相机姿态进行标 定。 本发明提出的方法仅需利用1个灭点和已知 的相机滚转角， 即可独立求解相机姿态， 降低了 需要灭点的数量， 且不需要已知相机焦距， 提高 了计算速度， 并具有唯一 解。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 115294210 A 2022.11.04 CN 115294210 A 1.一种基于单一灭点的相机姿态标定方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1获取灭点像素坐标与直线方向 向量间的关系 假设相机坐标系的空间中一条直线L1的方向向量为 d＝(dx dy dz)， 且该直线经过一个 点P1(p1x p1y p1z) 则该直线L1可表示为 L1＝P1+k1·d      (1) 其中k1为尺度因子， 为任意值； 同理， 经过另一个点P2(p2x p2y p2z)， 且与L1平行的直线 表示为L2＝P2+k2·d； 根据针孔相机成像原理， 直线L1上的点在图像中的成像为 这里， (u1,v1)为直线L1上的点在图像中的像素坐标， 当L1趋于无穷且 dz均不为零时， 该 直线上的无穷远点的成像为 同理， 可以得到L2无穷远点的成像为 这里， (u2,v2)为直线L2上的点在图像中的像素坐标， 两条平行线的无穷远点交于同一 个点， 该点即为灭点 在图像中， 通过 特征提取， 可以得到灭点的图像 像素坐标(uvp vvp)； S2利用灭点计算初始相机姿态 两条平行线的方向 向量为 d＝(dx dy dz)＝dz·(uvp vvp 1)        (6) dz不为零， 所以平行线的单位方向 向量为 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115294210 A 2根据灭点的图像 像素坐标， 计算该平行线的单位方向 向量； 根据世界坐标系和相机坐标系的转换关系， 得到直线L1上单位向量在两个坐标系下的 关系为 其中， dw＝(dwx dwy dwz)为该平行线在世界坐标系下的单位向量； Rc_w为旋转矩阵， 包含 相机三个姿态信息(ax ay az)， 利用传感器设置相机滚转角为零， 则ay＝0， 其余两个姿态角 即为待求 量； 根据刚体转动， 得到 当世界坐标系下一组平行线单位方向向量dw＝(dwx dwy dwz)已知， 则根据其灭点及公式 (8)得到三个等式， 其中， 第三个等式为 dcy·sinax+dcz·cosax＝dwz       (10) 则 根据ax及公式(8)的第一个等式， 获得az， 如下 由此实现利用灭点完成相机姿态的标定 。 2.根据权利要求1所述的一种基于单一灭点的相机姿态标定方法， 其特征在于， 为提升 相机姿态标定的精度， 还 包括步骤S3； S3优化相机姿态 由于所述公式(8)包含3个等式， 2个未知数， 将求得的ax， az作为初始值， 记做(ax0 az0)， 然后利用非线性优化方法， 得到最终的相机姿态， 具体如下： 根据公式(8) ‑(9)， 建立代价 函数 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115294210 A 3