專利名稱：空間一條直線線性求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機研究領(lǐng)域，涉及一種用于求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)的直線標定物。利用空間中一條直線作為標定模板，利用二次曲線的性質(zhì)得到它的圓環(huán)點的像，線性確定拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)。
背景技術(shù)：
計算機視覺的基本任務(wù)之一，就是從攝像機獲得的二維圖像信息出發(fā)恢復(fù)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(yīng)點之間的相互關(guān)系，而這種關(guān)系又由攝像機成像的幾何模型決定的，這些幾何模型的參數(shù)就是攝像機參數(shù)。在大多數(shù)條件下，這些參數(shù)都是通過實驗得到的，這就是攝像機標定。它一般分為傳統(tǒng)標定和自標定兩種方法，無論哪種標定方法，標定物體都是采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(shù)之間的關(guān)系尤其是某種線性的關(guān)系，是目前攝像機標定所追求的目標，也是目前計算機視覺領(lǐng)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，可視范圍大且保持單視點約束，是現(xiàn)代視覺領(lǐng)域研究熱點。文獻“Plane-based calibration ofcentral catadioptric cameras，，，(S.Gasparini, P.Sturm, J.P.Barreto, IEEE 12thInternational 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(nèi)參數(shù)和外參數(shù)。文獻“Calibration of centralcatadioptric cameras using a DLT-1ike approach，，(L.Puig, Y.Bastanlar, P.Sturm,J.J.Guerrero, J.Barreto, International journal of Computer Vision, vol.93,PP.101-114，2011.)提出基于三維點的標定，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(yīng)關(guān)系。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(zhì)，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 catadioptricline images and there application in calibration，，(1.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(zhì)，并提出了適用于任何類型的中心折反射系統(tǒng)的標定方法。文獻“Catadioptric camera calibration usinggeometric invariants，，(X.Ying, Z.Hu, IEEE Transactions on Pattern Analysis andMachine Intelligence, vol.26, N0.10, pp.1260-1271，2004.)分析了折反射攝像機內(nèi)參數(shù)與球的成像輪廓之間的關(guān)系，他們利用直線和球的投影進行標定，直線提供了三個不變量，球提供了兩個不變量。文獻“Easy calibration for para-catadioptric-likecamera，，(Y.wu, Y.Li, A.Hu, IEEE/RSJ International Conference on IntelligentRobots and Systems, pp.5719-5724，2006)建立了關(guān)于內(nèi)參數(shù)的線性約束,將中心折反射模型轉(zhuǎn)換為針孔模型，無需進行曲線擬合就可以標定類似折反射攝相機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種適用廣泛，穩(wěn)定性好的用于求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)的標定物，該標定物由空間中一條直線構(gòu)成，直線的拋物折反射圖像是二次曲線。在求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)的過程中，只需使用拋物折反射攝像機從不同的方向拍攝空間一條直線的3幅圖像就可以線性求解出拋物折反射攝像機的5個內(nèi)參數(shù)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明是由空間中一條直線用于拋物折反射攝像機自標定的標定物。具體的步驟包括:從圖像上提取圖像邊界點坐標以及空間直線在不同方向的三幅圖像的像點坐標，擬合邊界橢圓方程和空間直線在不同方向的三幅圖像的像點的所形成的曲線方程，根據(jù)配極原貝U，得出三幅圖像平 面上圓環(huán)點的像，利用圓環(huán)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(nèi)參數(shù)。1.擬合圖像邊界曲線方程
利用Matlab程序中的Edge函數(shù)提取出圖像邊界的像素坐標，并用最小二乘算法擬合出圖像邊界曲線方程。2.計算圖像中心的初始值
攝像機的鏡面邊緣在球模型中對應(yīng)著一個與虛擬針孔相機光軸垂直的圓(如

圖1)，其中Otr-1d為攝像機坐標系，為世界坐標系，其中O為球心，Oc為拋物折反
射攝像機中心，4和方向為OiO的方向，Zf和Xv平行，Yc和I；平行，其投影是一個橢
圓(稱為邊界橢圓)，投影平面垂直于QO ,投影橢圓中心e即為圖像中心，其坐標為(
)。一般來說，不同于一條空間直線的像，邊界橢圓是一條較完整的二次曲線，因而能夠較好地擬合出它的代數(shù)方程，同時其中心與(1、)重合。假設(shè)邊界橢圓的二次曲線方程表示為a;r2 + 2&^ + ey+2Λ + 2吵2+/ = 0 ,其中β, ,ε, d,e, /為系數(shù)，為曲線上的坐標,從
而 Y守到
權(quán)利要求
1.一種利用空間中一條直線線性求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)的方法，其特征在于只利用直線元素，此標定物是由空間中一條直線構(gòu)成；直線的拋物折反射圖像是二次曲線，首先從圖像上提取邊界像點坐標，擬合邊界曲線方程并求出邊界曲線的中心，邊界曲線的中心即為圖像中心的初始值，然后從不同方向上得到空間一條直線的三幅圖像，從三幅圖像中分別提取直線的像點坐標，利用最小二乘算法分別擬合出圖像中的曲線方程，根據(jù)配極原則，分別求出圖像平面上圓環(huán)點的像，利用圓環(huán)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(nèi)參數(shù)；具體步驟包括:擬合圖像中的邊界曲線方程，求解圖像中心的初始值，分別擬合圖像中的曲線方程，求解圖像中心關(guān)于各曲線的極線及圓環(huán)點的像，求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)矩陣中的a,X1S1M01V0 5 個參數(shù)； (1)計算圖像中心的初始值 攝像機的鏡面邊緣在球模型中對應(yīng)著一個與虛擬針孔相機光軸垂直的圓，其投影是一個橢圓，橢圓中心即為圖像中心； (2)得到空間中一條直線不同方向的三幅圖像 移動空間一條直線的位置，利用拋物折反射攝像機拍攝三幅圖像； (3)擬合曲線 利用Matlab程序中的Edge函數(shù)分別提取出三幅圖像中的空間直線像點坐標，并用最小二乘算法擬合出曲線方程； (4)分別計算圖像中心關(guān)于各曲線的極線及圓環(huán)點的像 在成像模型中，O是大曰f的圓心，則O關(guān)于C的極線分別是大圓所在平面的無窮遠直線4 ,無窮遠直線與對應(yīng)圓的交點為圓環(huán)點1、J ;在像平面π，ο關(guān)于大圓C的像i 的極線為/，極線與對應(yīng)二次曲線的交點為圓環(huán)點的像:; (5)求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù) 使用拋物折反射攝像機拍攝3幅圖像，由圓環(huán)點的像對絕對二次曲線的像的約束，線 性求解出拋物折反射攝像機的5個內(nèi)參數(shù)，即矩陣
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用空間中一條直線線性求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)的方法，該方法利用的是由空間中一條直線構(gòu)成的用于拋物折反射攝像機自標定的標定物。使用拋物折反射攝像機對標定物從不同的方向拍攝3幅圖像，直線的拋物折反射圖像是二次曲線，從圖像上提取邊界像素點坐標以及3幅標定物圖像的像點坐標，分別擬合曲線方程，根據(jù)配極原則，得出圖像平面上圓環(huán)點的像，利用圓環(huán)點的像對絕對二次曲線的像的約束線性求解攝像機內(nèi)參數(shù)。利用本發(fā)明中的標定物可以實現(xiàn)全自動標定，減少了標定過程中由測量引起的誤差。由于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G06T7/00GK103106662SQ20131004409
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者趙越, 周炳, 雷建沖 申請人:云南大學(xué)