專利名稱：一種攝像機(jī)標(biāo)定方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，特別是涉及一種攝像機(jī)拍攝圖像與其物體空間位置的對(duì)應(yīng)標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理的基本任務(wù)之一是根據(jù)攝像機(jī)獲取的圖像信息計(jì)算得出三維空間中物體的幾何信息，并由此重建和識(shí)別對(duì)應(yīng)的三維物體。物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在計(jì)算機(jī)圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相互關(guān)系是由攝像機(jī)成像的幾何參數(shù)模型決定的，這里的幾何參數(shù)就是攝像機(jī)參數(shù)。在多數(shù)條件下，攝像機(jī)參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到，這個(gè)過(guò)程被稱為攝像機(jī)標(biāo)定，而標(biāo)定方法的精度直接影響到計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理的精度，因此，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行快速、簡(jiǎn)捷、精準(zhǔn)標(biāo)定的研究無(wú)疑具有重大的意義。傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法按照標(biāo)定參照物與算法思路可以分成若干類，如:基于3D立體靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法、基于2D平面靶標(biāo)的攝像機(jī)標(biāo)定方法、以及基于徑向約束的攝像機(jī)標(biāo)定方法等。這些傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法需要標(biāo)定參照物，其經(jīng)典的標(biāo)定流程是:首先布置標(biāo)定點(diǎn)，在標(biāo)定點(diǎn)處固定攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，測(cè)量各標(biāo)定點(diǎn)的計(jì)算機(jī)像平面坐標(biāo)U，V),然后將各標(biāo)定點(diǎn)相應(yīng)的像平面坐標(biāo)U，V)及世界坐標(biāo)系(X，Y，Z)代入攝像機(jī)模型中，根據(jù)標(biāo)定方法，求解攝像機(jī)測(cè)量模型參數(shù)。并且，傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法都是假設(shè)攝像機(jī)的成像關(guān)系符合小孔成像的空間幾何關(guān)系，但是由于在一些特殊的使用要求的情況下，攝像機(jī)鏡頭的設(shè)計(jì)沒(méi)有滿足小孔成像模型，如果仍然使用傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法則容易造成攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定存在理論誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種攝像機(jī)標(biāo)定方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了攝像機(jī)拍攝圖像與其物體空間位置的對(duì)應(yīng)標(biāo)定，然而一個(gè)像平面上有很多的像素，如果每個(gè)像素都用兩個(gè)點(diǎn)來(lái)表示的話其計(jì)算量會(huì)非常的龐大，因此本設(shè)計(jì)采用空間對(duì)應(yīng)法，使標(biāo)定過(guò)程更加的簡(jiǎn)捷，方便。本發(fā)明提出了一種攝像機(jī)標(biāo)定方法，該方法包括以下步驟:步驟一、在靶標(biāo)平面設(shè)定若干個(gè)尺度不變特征SIFT特征點(diǎn)；步驟二、獲取靶標(biāo)平面上特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，建立特征點(diǎn)三維空間坐標(biāo)(XW，YW，Zw)和圖像點(diǎn)坐標(biāo)(Xf, Yf)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟三、將該對(duì)應(yīng)關(guān)系代入空間映射模型,該空間映射模型為每一個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)空間的一條直線，該直線由像素點(diǎn)在所選取的兩個(gè)靶標(biāo)平面上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)來(lái)確定；根據(jù)所選取的兩個(gè)靶標(biāo)平面Z=a和Z=b，采集兩個(gè)靶標(biāo)平面的靶標(biāo)圖像，得到世界坐標(biāo)系中(Xw, Yw, a)和(Xw，Yw, b)兩個(gè)點(diǎn)，再將這兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別代入特征多項(xiàng)式:
權(quán)利要求
1.一種攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、在靶標(biāo)平面設(shè)定若干個(gè)尺度不變特征SIFT特征點(diǎn)； 步驟二、獲取靶標(biāo)平面上特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，建立特征點(diǎn)三維空間坐標(biāo)(Xw，Yw, Zw)和圖像點(diǎn)坐標(biāo)(Xf，Yf)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 步驟三、將該對(duì)應(yīng)關(guān)系代入空間映射模型，該空間映射模型為每一個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)空間的一條直線，該直線由像素點(diǎn)在所選取的兩個(gè)靶標(biāo)平面上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)來(lái)確定；根據(jù)所選取的兩個(gè)靶標(biāo)平面Z=a和Z=b，采集兩個(gè)靶標(biāo)平面的靶標(biāo)圖像，得到世界坐標(biāo)系中(Xw，Yw, a)和(Xw，Yw, b)兩個(gè)點(diǎn)，再將這兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別代入特征多項(xiàng)式:
2.如權(quán)利要求1所述的攝像機(jī)標(biāo)定方法的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，該實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)包括光學(xué)平臺(tái)(I)、平移臺(tái)控制器(2)、計(jì)算機(jī)(3)、圖像采集卡(4)、攝像機(jī)(5)、標(biāo)定靶標(biāo)(6、6')、精密電控平移臺(tái)(7、7')，其特征在于，該系統(tǒng)在標(biāo)定過(guò)程中，將標(biāo)定靶標(biāo)6沿平移臺(tái)7平移方向移動(dòng)兩個(gè)位置，在這兩個(gè)標(biāo)定位置得到兩個(gè)投影平面分別為Zw=a和Zw=b ;在該標(biāo)定位置上使用攝像機(jī)分別拍攝標(biāo)定靶標(biāo)的圖像，并使用圖像處理的方法獲取靶標(biāo)上的特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，建立特征點(diǎn)三維空間坐標(biāo)(xw，Yw, Zw)和圖像點(diǎn)坐標(biāo)(Xf，Yf)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。將該對(duì)應(yīng)關(guān)系代入到空間映射模型中，對(duì)透視投影直線的標(biāo)定，從而完成對(duì)攝像機(jī)位置的標(biāo)定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種攝像機(jī)標(biāo)定方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，屬于圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，該方法包括以下步驟在靶標(biāo)平面設(shè)定兩個(gè)特征點(diǎn)；獲取靶標(biāo)上的特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，建立特征點(diǎn)三維空間坐標(biāo)(Xw,Yw,Zw)和其圖像點(diǎn)坐標(biāo)(Xf,Yf)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；將該對(duì)應(yīng)關(guān)系代入到空間映射模型中；使用優(yōu)化求解方法計(jì)算得到空間映射模型中的參數(shù)，完成對(duì)透視投影直線的標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的標(biāo)定。本發(fā)明直接描述了計(jì)算機(jī)圖像平面點(diǎn)與客觀世界點(diǎn)的數(shù)學(xué)多項(xiàng)式關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)快速而精確的攝像機(jī)標(biāo)定；與現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)定方法相比該標(biāo)定方法直接復(fù)現(xiàn)了攝像機(jī)成像的過(guò)程，避免了對(duì)攝像機(jī)成像過(guò)程中幾何條件的約束。
文檔編號(hào)G06T7/00GK103198481SQ201310115539
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者王鵬, 孫長(zhǎng)庫(kù), 趙揚(yáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)