魚眼鏡頭下的棋盤格角點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器視覺領(lǐng)域，具體涉及一種魚眼鏡頭下的棋盤格角點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 攝像機(jī)標(biāo)定作為視覺測(cè)量的首要條件，旨在建立圖像坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系間的變 換關(guān)系。攝像機(jī)標(biāo)定一般包括圖像特征點(diǎn)的檢測(cè)和攝像機(jī)參數(shù)求解2個(gè)步驟。棋盤格圖像 作為典型的標(biāo)定圖像，在攝像機(jī)標(biāo)定中得到了廣泛的應(yīng)用，其角點(diǎn)檢測(cè)也成為計(jì)算機(jī)視覺 的熱點(diǎn)問題之一。對(duì)于棋盤格圖像來(lái)說(shuō)，圖像特征點(diǎn)檢測(cè)的任務(wù)不僅要提取出棋盤格圖像 中各角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，還要在各圖像角點(diǎn)與空間角點(diǎn)之間建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
[0003]目前，棋盤格角點(diǎn)檢測(cè)研究主要集中在無(wú)畸變或畸變不大的棋盤格圖片上，自動(dòng) 角點(diǎn)檢測(cè)方法可分為兩類：直線檢測(cè)法和角點(diǎn)檢測(cè)算子法。直線檢測(cè)法先進(jìn)行邊緣提取、 直線檢測(cè)和擬合，再通過(guò)兩條直線交點(diǎn)求角點(diǎn)的精確坐標(biāo)。其特征點(diǎn)排序簡(jiǎn)單，但當(dāng)鏡頭畸 變時(shí)，檢測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大誤差。角點(diǎn)檢測(cè)算子法利用角點(diǎn)附近區(qū)域灰度變換的特點(diǎn)設(shè)計(jì) 不同的角點(diǎn)檢測(cè)算子，如SUSAN算子和Harris算子等，根據(jù)角點(diǎn)檢測(cè)算子的響應(yīng)值大小來(lái) 確定角點(diǎn)，但由于各種角點(diǎn)檢測(cè)算子只能檢測(cè)到像素級(jí)，需要進(jìn)一步進(jìn)行亞像素級(jí)角點(diǎn)提 取。因此，角點(diǎn)檢測(cè)算子法需同時(shí)解決角點(diǎn)檢測(cè)算子、響應(yīng)值得閾值、亞像素角點(diǎn)提取3個(gè) 問題。
[0004] 針對(duì)廣角鏡頭下畸變較為嚴(yán)重的棋盤格圖像的角點(diǎn)檢測(cè)問題，現(xiàn)在大多采取手動(dòng) 提取角點(diǎn)的方法，即人工標(biāo)出棋盤格圖像上的角點(diǎn)。少有的自動(dòng)角點(diǎn)檢測(cè)的論文利用的方 法都比較復(fù)雜且準(zhǔn)確率不高，如有利用啟發(fā)式搜索檢測(cè)棋盤格變形矩形進(jìn)而確定角點(diǎn)的方 法。另外一些標(biāo)定工具箱(如張正友標(biāo)定工具箱）可以進(jìn)行廣角、魚眼或全景攝像機(jī)標(biāo)定。 使用者首先需要拍攝幾張不同視角的棋盤格圖片，然后將棋盤格圖像的四個(gè)角點(diǎn)人工提取 出來(lái)和曲線彎曲參數(shù)一起作為攝像機(jī)標(biāo)定的輸入。這樣工具箱就可以自動(dòng)將其它角點(diǎn)檢測(cè) 出來(lái)，并利用角點(diǎn)檢測(cè)算子進(jìn)行位置優(yōu)化。但是這些工具箱沒有對(duì)鏡頭的形狀做出假定，而 且對(duì)于畸變嚴(yán)重的魚眼鏡頭圖片檢測(cè)效果很不理想。
[0005] 綜上所述，傳統(tǒng)的棋盤格角點(diǎn)檢測(cè)方法無(wú)法直接進(jìn)行魚眼鏡頭下嚴(yán)重畸變棋盤格 圖像的自動(dòng)角點(diǎn)檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種利用改進(jìn)的角點(diǎn)檢測(cè)算子及凸包算法 進(jìn)行魚眼鏡頭下的棋盤格角點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)方法，該方法簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確率高，基于該方法的自動(dòng) 角點(diǎn)檢測(cè)可適用于不同畸變程度和不同角點(diǎn)數(shù)量的棋盤格圖像。
[0007] 本發(fā)明的魚眼鏡頭下的棋盤格角點(diǎn)自動(dòng)方法，包括改進(jìn)Harris角點(diǎn)檢測(cè)方法進(jìn) 行像素級(jí)棋盤格角點(diǎn)提取，引入凸包算法并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)來(lái)對(duì)無(wú)序角點(diǎn)排序。具體地：對(duì)魚 眼鏡頭下畸變棋盤格角點(diǎn)進(jìn)行Harris角點(diǎn)檢測(cè)。此處利用已知的棋盤格角點(diǎn)數(shù)目，計(jì)算應(yīng) 合并的角點(diǎn)并直接將相鄰角點(diǎn)合并。針對(duì)圖片可能存在反光或遮擋等外界因素影響導(dǎo)致個(gè) 別角點(diǎn)檢測(cè)不出來(lái)的現(xiàn)象，此方法加入掩膜操作去除無(wú)關(guān)點(diǎn)影響并采用自動(dòng)與手動(dòng)角點(diǎn)提 取相結(jié)合，可靠解決了畸變棋盤角點(diǎn)檢測(cè)問題。利用上述改進(jìn)Harris角點(diǎn)檢測(cè)出的角點(diǎn)是 無(wú)序的，此處引入凸包算法對(duì)棋盤格角點(diǎn)進(jìn)行排序。本發(fā)明利用魚眼鏡頭下圖片出現(xiàn)向外 凸的現(xiàn)象，通過(guò)凸包算法檢測(cè)棋盤格角點(diǎn)中最外圍的角點(diǎn)，再利用幾何關(guān)系確定凸包中角 點(diǎn)順序。針對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和畸變較小的棋盤角點(diǎn)圖像，本發(fā)明提出對(duì)部分角點(diǎn)采用曲線二次 擬合的方式，先按縱坐標(biāo)大小可將角點(diǎn)分組，再利用橫坐標(biāo)大小實(shí)現(xiàn)對(duì)整體角點(diǎn)的排序。
[0008] 魚眼鏡頭下的棋盤格角點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)方法，包括如下步驟： 步驟一：由于棋盤格圖片四周會(huì)出現(xiàn)外界環(huán)境，影響棋盤格的檢測(cè)，因此在做Harris角點(diǎn)檢測(cè)之前需要加入"掩膜處理"，屏蔽掉無(wú)用信息以減少角點(diǎn)檢測(cè)時(shí)間并提高檢測(cè)精 度。
[0009] 步驟二：對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行Harris角點(diǎn)檢測(cè)。（1)對(duì)每一像素點(diǎn)計(jì)算相關(guān)矩陣M; (2)計(jì)算每像素點(diǎn)的Harris角點(diǎn)響應(yīng)；（3)在wXw范圍內(nèi)尋找極大值點(diǎn)，若Harris角點(diǎn) 響應(yīng)大于閥值，則視為角點(diǎn)。
[0010] 步驟三：由于光照不均或反光嚴(yán)重，有時(shí)圖片中角點(diǎn)信息會(huì)被隱藏，為增加可靠 性，需加入手動(dòng)提取角點(diǎn)的步驟，將被隱藏的角點(diǎn)信息人工加入。
[0011] 步驟四：由于廣角鏡頭分辨率有限，將棋盤格圖像放大至像素級(jí)會(huì)發(fā)現(xiàn)"像素分 離"現(xiàn)象。Harris角點(diǎn)檢測(cè)算法是求取圖像中每個(gè)像素點(diǎn)橫縱坐標(biāo)差分，利用CRF準(zhǔn)則函 數(shù)來(lái)區(qū)分是否為角點(diǎn)。此處直接使用Harris檢測(cè)棋盤格角點(diǎn)會(huì)將一個(gè)角點(diǎn)視為兩個(gè)對(duì)待， 需要根據(jù)棋盤格角點(diǎn)總數(shù)及角點(diǎn)分離情況加入合并角點(diǎn)的操作。
[0012] 步驟五：用改進(jìn)的Harris算法得出的畸變棋盤格角點(diǎn)是無(wú)序的，這樣無(wú)法對(duì)應(yīng) 世界坐標(biāo)以進(jìn)行標(biāo)定。只有將角點(diǎn)進(jìn)行排序，才能稱為自動(dòng)檢測(cè)角點(diǎn)算法。針對(duì)棋盤格旋 轉(zhuǎn)角度較小，畸變不是很嚴(yán)重，角點(diǎn)不是很多的情況，可以簡(jiǎn)單的采取以下方法進(jìn)行棋盤格 角點(diǎn)自動(dòng)排序：利用幾何坐標(biāo)位置關(guān)系并根據(jù)畸變程度，取縱坐標(biāo)最小的n個(gè)角點(diǎn)（令棋盤 格單排角點(diǎn)數(shù)為d，則n應(yīng)介于d和2d之間），對(duì)其進(jìn)行二項(xiàng)式曲線擬合，會(huì)得到兩排角點(diǎn) 中間的曲線。令曲線之上的點(diǎn)為組1，用橫坐標(biāo)大小即可區(qū)分組內(nèi)角點(diǎn)順序，去掉已排好序 的組1的角點(diǎn)，對(duì)剩下的角點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)操作，即可得到棋盤格角點(diǎn)的排序。
[0013] 步驟六：借鑒計(jì)算幾何中凸包算法理論，在理想情況下(每一層角點(diǎn)都呈現(xiàn)凸包形 狀)，可以依次求出最邊緣呈凸形的角點(diǎn)，此處為4個(gè)凸包，再找出凸包中的起始點(diǎn)即可得到 排序的角點(diǎn)。本發(fā)明中將利用Graham掃描算法來(lái)解決凸包問題簡(jiǎn)稱為凸包算法。
[0014] 針對(duì)凸包算法中第一個(gè)角點(diǎn)確定問題的解決方法(只有知道凸包中第一個(gè)點(diǎn)，才 能知道外圍每個(gè)點(diǎn)的順序）：連接相鄰角點(diǎn)，會(huì)得到每個(gè)角點(diǎn)對(duì)應(yīng)的邊的斜率及邊邊夾角， 取邊邊夾角最大的四個(gè)夾角對(duì)應(yīng)的四個(gè)點(diǎn)，即凸包的四個(gè)角點(diǎn)，取離原點(diǎn)最近的角點(diǎn)作為 第一個(gè)點(diǎn)。計(jì)算出棋盤格角點(diǎn)中最外圍不嚴(yán)格凸包的角點(diǎn)后，將這些點(diǎn)從棋盤格角點(diǎn)集中 去除，繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)的凸包排序步驟。由此便可得到自動(dòng)檢測(cè)的棋盤格角點(diǎn)。
[0015] 有益效果： 本發(fā)明利用仿真軟件自動(dòng)檢測(cè)棋盤格角點(diǎn)坐標(biāo)，在保證角點(diǎn)檢測(cè)可靠性的前提下，大 大提到了角點(diǎn)檢測(cè)的速度和精度，擺脫了手動(dòng)提取棋盤格角點(diǎn)的繁瑣性。
[0016]
【附圖說(shuō)明】： 圖1本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的方法流程圖； 圖2本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的魚眼鏡頭下棋盤格示意圖； 圖3本發(fā)明【具體實(shí)施方式】Harris角點(diǎn)檢測(cè)效果圖； 圖4本發(fā)明【具體實(shí)施方式】改進(jìn)的Harris角點(diǎn)檢測(cè)效果圖； 圖5本發(fā)明【具體實(shí)施方式】基于二項(xiàng)式擬合的角點(diǎn)排序示意圖； 圖6本發(fā)明【具體實(shí)施方式】凸包算法檢測(cè)外圍角點(diǎn)示意圖； 圖7本發(fā)明【具體實(shí)施方式】改進(jìn)凸包檢測(cè)外圍角點(diǎn)示意圖； 圖8本發(fā)明【具體實(shí)施方式】基于改進(jìn)凸包算法的角點(diǎn)排序示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施做詳細(xì)說(shuō)明，方法流程圖見圖1。
[0018] 本發(fā)明以魚眼鏡頭下8X10棋盤格畸變圖像為例來(lái)說(shuō)明，見圖