空間三條不平行直線線性求解拋物折反射攝像機內參數的製作方法

2023-05-26 20:46:56 1

專利名稱：空間三條不平行直線線性求解拋物折反射攝像機內參數的製作方法
空間三條不平行直線線性求解拋物折反射攝像機內參數技術領域
本發明屬於計算機研究領域，涉及一種用於求解拋物折反射攝像機內參數的直線模板。利用空間中三條不平行直線作為標定模板，利用二次曲線的性質得到三組圓環點的像，線性確定拋物折反射攝像機內參數。
背景技術：
計算機視覺的基本任務之一，就是從攝像機獲得的二維圖像信息出發恢復物體在三維空間中的幾何信息,從而識別和重建三維空間中物體的幾何形狀。在此過程中必須確定空間物體點的三維幾何位置與其圖像中的對應點之間的相互關係，而這種關係又由攝像機成像的幾何模型決定的，這些幾何模型的參數就是攝像機參數。在大多數條件下，這些參數都是通過實驗得到的，這就是攝像機標定。它一般分為傳統標定和自標定兩種方法，無論哪種標定方法，標定物體都是採用一些特殊的幾何模型，例如平面正方形、三角形、圓、空間立方體及圓柱等等。如何建立這些幾何模型與攝像機參數之間的關係尤其是某種線性的關係，是目前攝像機標定所追求的目標，也是目前計算機視覺領域研究的熱點之一。
拋物折反射攝像機由一個拋物鏡面和一個正交攝像機組成，可視範圍大且保持單視點約束，是現代視覺領域研究熱點。文獻「Plane-based calibration of central catadioptric cameras，，，(S. Gasparini, P. Sturm, J. P. Barreto, IEEE 12th International Conference on Computer Vision, pp. 1195-1202，2009)要用到有控制點的二維模板，這些控制點可以是角點、畫上去的點或者任何容易由圖像上提取的點， 但是這種方法需要用迭代的方法求解內參數和外參數。文獻「Calibration of central catadioptric cameras using a DLT-Iike approach，，(L. Puig, Y. Bastanlar, P. Sturm, J. J. Guerrero, J. Barreto, International journal of Computer Vision, vol. 93, PP. 101-114，2011)提出基於三維點的標定，這種方法需要知道單幅圖像上三維點的位置。文獻「Generic self-calibration of central cameras，，(S. Ramalingam, P. Sturm, S. K. Lodha, Computer Vision and Image Understanding, vol. 114, pp. 210—219， 2010)提出一種自標定方法，無需知道點的空間位置及攝像機位置，但要利用多幅圖像上點的對應關係。
直線是場景中最常見的幾何元素，且直線的拋物折反射成像一般是二次曲線，二次曲線在攝像機標定過程中有很多良好的性質，因而利用直線對拋物折反射攝像機進行標定是一種簡便常用的方法。文獻「Geometric properties of central catadioptric line images and there application in calibration，，(I. P. Barreto, H. Araujo, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 27, pp. 1327-1333，2005)研究了中心折反射模型下直線圖像的幾何性質，並提出了適用於任何類型的中心折反射系統的標定方法。文獻「Catadioptric camera calibration using geometric invariants，，(X. Ying, Z. Hu, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 26, No. 10, pp. 1260-1271，2004)分析了折反射攝像機
權利要求
1.一種利用空間中三條不平行直線線性求解拋物折反射攝像機內參數的方法，其特徵在於只利用直線元素，此靶標是由空間中三條不平行直線構成；直線的拋物折反射圖像是二次曲線，首先從圖像上提取靶標像點，擬合曲線方程並求解每兩條曲線的交點，根據配極原則及直徑共圓心的性質，得出圖像平面上三對圓環點的像，利用圓環點的像對絕對二次曲線的像的約束線性求解拋物折反射攝像機內參數；具體步驟包括擬合圖像中曲線方程，求解圖像中心，求解圖像中心關於各曲線的極線及圓環點的像，求解拋物折反射攝像機內參數矩陣中的仏久，等5個參數； (1)計算圖像中心 世界坐標系中三條不平行直線4、4、4，在拋物折反射攝像機成像模型中，首先投影到單位球表面上二個大圓G、Q2、Cf3 、B12B、Brs、分別為1和Cf2、C1和L-、C2和Cf3的交點,則FuBu、F13Bb、B2^是單位球的直徑,相交於一點，即球心O ;在像平面上，大圓C1、C2、C3投影為二次曲線Q1、Q2、Ω3 ;用Matlab提取二次曲線的邊緣點，用最小二乘擬合二次曲線，曲線方程用係數矩陣表示為H1、At2、;計算每兩條二次曲線的父點，分別為^'12、忍]2、^113、五13、^123、及23 ;直線召23 父於一點 O，O'是O的像，也是圖像中心； (2)分別計算圖像中心關於各曲線的極線及圓環點的像 在成像模型中，O是大圓C1、C2、C3的圓心，則關於C1、C2、C3的極線分別是大圓所在平面的無窮遠直線，無窮遠直線與對應圓的交點為圓環點h、mh、J3 ;在像平面，O'關於H1、Ω2、Ω3的極線分別為A、π 、π、，極線與對應二次曲線的交點為圓環點的像>
全文摘要
本發明涉及一種利用空間中三條不平行直線線性求解拋物折反射攝像機內參數的方法，該方法利用的是由空間中三條不平行直線構成的用於拋物折反射攝像機自標定的靶標。使用拋物折反射攝像機對靶標拍攝1幅圖像，直線的拋物折反射圖像是二次曲線，從圖像上提取靶標像點，擬合曲線方程並求解每兩條曲線的交點，根據配極原則及直徑共圓心的性質，得出圖像平面上三對圓環點的像，利用圓環點的像對絕對二次曲線的像的約束線性求解攝像機內參數。利用本發明中的靶標可以實現全自動標定，減少了標定過程中由測量引起的誤差。由於直線是一種更簡潔更全局化的基元，在攝像機標定過程中提高了標定精度。
文檔編號G06T7/00GK102982551SQ201210542039
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者趙越, 李聰 申請人:雲南大學