一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣h的計(jì)算方法
【專利摘要】一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣H的計(jì)算方法，該方法運(yùn)用交比不變性原則，和本發(fā)明給出的4線條標(biāo)定板，4條線滿足以下規(guī)則：，，，，結(jié)合線陣相機(jī)成像特點(diǎn)，可根據(jù)像平面共線4點(diǎn)的交比，運(yùn)用交比不變性計(jì)算出D4線上的(x，y，z)坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算出單應(yīng)性矩陣H。
【專利說(shuō)明】一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于相機(jī)標(biāo)定鄰域，涉及單線陣相機(jī)目標(biāo)點(diǎn)到成像點(diǎn)的單應(yīng)性矩陣Η的計(jì) 算方法。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003] 攝像機(jī)的標(biāo)定是確定空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之 間的相互關(guān)系。是依據(jù)建立的攝像機(jī)成像的幾何模型，由已知特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)與世界坐 標(biāo)求解攝像機(jī)的參數(shù)模型。攝像機(jī)標(biāo)定是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其標(biāo)定結(jié)果的精度及算法的穩(wěn) 定性將直接影響攝像機(jī)工作產(chǎn)生結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，提高攝像機(jī)標(biāo)定精度是攝像機(jī)標(biāo)定 的重點(diǎn)。
[0004] 其中重要的一步就是目標(biāo)點(diǎn)到成像點(diǎn)的單應(yīng)性矩陣Η。要得到單應(yīng)性矩陣Η，就需 要知道目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)和成像點(diǎn)坐標(biāo)。所用方法利用標(biāo)定板得到此兩種點(diǎn)的坐標(biāo)。目前常見(jiàn)的 標(biāo)點(diǎn)板有棋盤(pán)標(biāo)定板，圓形標(biāo)定板和等間距條紋標(biāo)定板。棋盤(pán)標(biāo)定板可很方便的得到目標(biāo) 點(diǎn)的坐標(biāo)，如要得到準(zhǔn)確成像點(diǎn)坐標(biāo)，需要單線陣相機(jī)和標(biāo)定板之間做相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)，這就 導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性增高。運(yùn)用圓形標(biāo)定板，如果單線陣相機(jī)和標(biāo)定板之間做相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的 速度設(shè)定不好，得到的成像平面的圓就會(huì)變形，無(wú)法有效計(jì)算圓心，進(jìn)而無(wú)法得到準(zhǔn)確的成 像點(diǎn)坐標(biāo)。等間距條紋標(biāo)定板可以快速得到目標(biāo)點(diǎn)和成像點(diǎn)的X軸或y軸的值，但無(wú)法得 到另一坐標(biāo)軸的值。
[0005] 綜上，目前現(xiàn)有的單線陣相機(jī)目標(biāo)點(diǎn)到成像點(diǎn)的單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，還存 在一些不足：?jiǎn)尉€陣相機(jī)和標(biāo)定板之間做相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)，速度設(shè)定難。相機(jī)和標(biāo)定板之間做 相對(duì)非勻速運(yùn)動(dòng)，無(wú)法計(jì)算單應(yīng)性矩陣Η。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，以達(dá)到相機(jī)和標(biāo) 定板之間做相對(duì)非勻速運(yùn)動(dòng)，也能夠計(jì)算單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，該方法采用特 殊的4線標(biāo)定板，利用單線陣相機(jī)的成像特點(diǎn)和共線4點(diǎn)的交比不變性，計(jì)算單線陣相機(jī)單 應(yīng)性矩陣Η。該方法的步驟如下： (1)運(yùn)用Hough運(yùn)算方法提取單線陣相機(jī)圖像中的線條，任取像平面中的線條中的一 行，將此行與拍攝到的4線條標(biāo)定板的圖像中4線相交，取交點(diǎn)為a、b、c和d ; (2 ) 求 取 成 像 點(diǎn) a 、 b 、 c 和 d 的 交 比 ￡2〇紅《0。
[0008] (3)利用交比不變性得到成像點(diǎn)a、b、c和d相對(duì)應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)A、B、C和D的交比 ,進(jìn)而計(jì)算D點(diǎn)（X，y，z)坐標(biāo)。
[0009] (4)將D點(diǎn)及D點(diǎn)相應(yīng)的成像點(diǎn)坐標(biāo)代入目標(biāo)點(diǎn)到成像點(diǎn)的單應(yīng)性矩陣Η公式，可 計(jì)算出相應(yīng)的Η矩陣。
[0010] 所述的步驟（1)中4線條標(biāo)定板，4條線滿足以下規(guī)則： ，U4:j=i:+3e ,?為可根據(jù)需求自設(shè)定。
[0011] 所述步驟（2)中直線上四個(gè)點(diǎn)a、b、c和d的交比為CK&a；C,?〇=r=g/g , ac為a 和c兩點(diǎn)之間距離。be、ad和bd同理。
[0012] 所述步驟（3)中交比不變性為CR(及及GO) = 所述步驟（3)中計(jì)算D點(diǎn)（X，y, ζ)坐標(biāo)的步驟如下： (1) ，考慮一個(gè)虛擬線D5,它與Dl，D2, D3平行共面，Dl，D2, D3和通過(guò)D點(diǎn)D5這四個(gè) 平行線與y軸交點(diǎn)為A'、B'、C'和D'。有交比不變性，我們有= 因此，Cft(aAc3rf) = (2) A，B，C和D在標(biāo)定板的四條標(biāo)定線上，因此可得 進(jìn)一步可得：

【權(quán)利要求】
1. 一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，其特征在于：該方法的步驟如下： (1) 運(yùn)用Hough運(yùn)算方法提取單線陣相機(jī)圖像中的線條，任取像平面中的線條中的一 行，將此行與拍攝到的4線條標(biāo)定板的圖像中4線相交，取交點(diǎn)為a、b、c和d ; (2) 求取成像點(diǎn)a、b、c和d的交比CR(a, b;c, d); (3) 利用交比不變性得到成像點(diǎn)a、b、c和d相對(duì)應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)A、B、C和D的交比 CR(A, B;C, D)，進(jìn)而計(jì)算D點(diǎn)（x, y, z)坐標(biāo)； (4) 將D點(diǎn)及D點(diǎn)相應(yīng)的成像點(diǎn)坐標(biāo)代入目標(biāo)點(diǎn)到成像點(diǎn)的單應(yīng)性矩陣H公式，可計(jì)算 出相應(yīng)的Η矩陣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，其特征在于：所 述的步驟（1)中4線條標(biāo)定板，4條線滿足以下規(guī)則：Dl:y=0，D2:y=2，D3:y=2a，D4:y=x+3a, a為可根據(jù)需求自設(shè)定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，其特征在于：所 述步驟（2)中直線上四個(gè)點(diǎn)a、b、c和d的交比戈
ac為a和c兩點(diǎn)之間距離，be為b和c兩點(diǎn)之間距離、ad為a和d兩點(diǎn)之間的距離， bd為b和d兩點(diǎn)這間的距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，其特征在于：所 述步驟（3)中交比不變性為〇?仏，8;(：，0)=〇?( &，13;(3，(1)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，其特征在于：所 述步驟（3)中計(jì)算D點(diǎn)（X，y，ζ)坐標(biāo)的步驟如下： (1) 如圖1所示，考慮一個(gè)虛擬線D5,它與Dl，D2, D3平行共面，Dl，D2, D3和 通過(guò)D點(diǎn)D5這四個(gè)平行線與y軸交點(diǎn)為A'，B'，C'和D'，有交比不變性，我們有 CR(A，B;C，D)=CR(A，，B，；C，，D，）； (2) A，B，C和D在標(biāo)定板的四條標(biāo)定線上，因此可得
由于標(biāo)定板4條標(biāo)定線共面，在此標(biāo)靶板空間坐標(biāo)的ζ坐標(biāo)為#，為可根據(jù)需求自設(shè) 定，可得D點(diǎn)（X，y，ζ)坐標(biāo)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單線陣相機(jī)單應(yīng)性矩陣Η的計(jì)算方法，其特征在于：所 述步驟（4)中計(jì)算單應(yīng)性矩陣Η的步驟如下： (1)由普通線陣相機(jī)單應(yīng)性公式
推導(dǎo)出線單陣相機(jī)單應(yīng)性公式

*為尺度參數(shù)； 因此單應(yīng)性矩陣Η) (2)由普通線陣相機(jī)單應(yīng)性公式，根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)D (x，y，z)和相應(yīng)的成像點(diǎn)坐標(biāo)d (u)， 成像坐標(biāo)的零坐標(biāo)點(diǎn)為da方向的頂點(diǎn)，可計(jì)算出單應(yīng)性矩陣Η。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104123725SQ201410332592
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】梁靈飛, 普杰信, 董永生, 劉中華, 楊春蕾 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)