用于对成像设备进行建模的方法、相应的计算机程序产品以及计算机可读承载介质技术

本申请涉及用于对成像设备进行建模的方法、相应的计算机程序产品以及计算机可读承载介质。成像设备包括图像传感器和光学系统，该光学系统包括限定光学系统的入瞳的孔径光阑，针对成像设备的给定配置，该方法包括以下步骤：‑估计(21)成像设备的特征特性参数的集合，该特征特性参数的集合包括：表示所述像面与相对于光学系统与图像传感器共轭的传感器共轭平面之间的距离的第一特性参数、表示传感器共轭平面与入瞳之间的距离的第二特性参数、表示光学系统的放大率的第三特性参数；‑确定(22)分别作为第一和第三特性参数以及第二和第三特性参数的函数的第一和第二建模数据；‑建立(23)作为第二和第三建模数据的函数的成像设备的模型。 1

Method for modeling imaging equipment, corresponding computer program product, and computer-readable carrying medium

The application relates to a method for modeling an imaging device, a corresponding computer program product, and a computer-readable carrying medium. The imaging device includes an image sensor and an optical system, which includes an aperture diaphragm that defines the pupil of an optical system. For a given configuration of the imaging device, the method includes the following steps: a collection of characteristic parameters of the imaging device, which is estimated (21), and a set of characteristic characteristic parameters is included to represent the image surface. The first characteristic parameter of the distance between the conjugate plane of the sensor with respect to the optical system and the image sensor, the second characteristic parameters representing the distance between the sensor conjugate plane and the pupil, and the third characteristic parameters representing the magnification of the optical system; determine (22) as the first and third characteristic parameters, respectively, and The first and second modeling data of the function of the second and third characteristic parameters; establish (23) model the imaging device of the function of modeling data as second and third. One

【技术实现步骤摘要】
用于对成像设备进行建模的方法、相应的计算机程序产品以及计算机可读承载介质
本公开涉及成像设备建模。本公开涉及用于对成像设备进行建模的方法，尤其但非排他地，用于尺寸测量应用和立体渲染。出于本公开的目的，“成像设备”或“照相机”应该指包括图像传感器和光学系统的、用于将场景的图像形成到光传感器上的光学成像系统。
技术介绍
本部分向各领域读者介绍了与以下所描述和/或所请求保护的本原理的各个方面相关的内容。相信该讨论有助于向读者提供辅助对本原理的各个方面的更好理解的背景信息。因此，应当理解，将从这方面解读这些声明，而不应被认为是对现有技术的承认。最近十年，存在对于计算机图形和虚拟现实应用的三维(3D)内容的重要需求。基于图像的3D重建是一种使得从真实物体或真实场景的不同观察点获取的一组图像中获得真实物体或真实场景的3D表示(即，3D模型)成为可能的技术。更一般地，目的在于从该组图像确定在3D真实空间参考中的这些图像上的可见点的二维(2D)坐标。因为传统的图像捕捉设备获取作为从3D场景到2D平面(图像传感器)的投影的图像，所以深度信息在获取过程期间被丢失。对应于给定图像点的3D点被约束到位于视线上。因此，从单个图像看，不可能确定该线上的哪个点对应于像点。如果从不同观察点获取的两个图像是可用的，则可以发现3D点的位置是两条投影射线的交叉点。因此，为了获得3D表示，通常使用立体成像设备，例如，一对数码相机。从多个图像创建场景的3D表示(反向投影过程)是从真实场景获得2D图像(“正向投影过程”)的逆过程。因此，需要理解如何针对每个相机将3D场景映射到2D图像，从而从由这些相机获取的2D图像中推断出该场景的3D表示。这是为什么需要每个相机的图像形成过程的精确描述的原因。这被称为相机校准(cameracalibration)。相机校准包括确定场景的3D点的3D坐标与它们在图像中的投影(被称为像点)的2D坐标之间的关系。这是基于图像的3D重建过程的起点。相机校准是从所获取的图像中获得精确的度量信息(尤其是对于尺寸测量应用来说)的重要步骤。实际上，相机的光学系统(一般也被称为“主透镜”)是基于光学透镜的特定部署的复杂的多透镜系统，并且必须考虑由这种光学系统引入的缺陷(例如，几何失真)。为了对相机的图像形成过程进行建模，已经提议了不同的已知校准模型。在这些模型中，存在针孔模型(也称为中心投影模型)、薄透镜模型、以及厚透镜模型。使用针孔模型执行校准，包括估计用于将物体参照中的场景的3D坐标点P(x3d,y3d,z3d)转换到与图像参照中表示的该点相关联的图像2D坐标I(x2d,y2d)的变换。该变换可以被表示为包括该模型的参数的多维矩阵的形式。相机的校准模型由相机的特征特性参数限定。对于尺寸测量应用，还必须知道外部参数，即，物体坐标系统中的相机位置和定向。但是，针孔模型是基于图像传感器平面的虚拟位置。因此，从所获取的图像中重新映射物点云的后向投影过程，需要知道物面与虚拟图像传感器平面之间的距离。该模型不能遵从成像系统几何结构(传感器-透镜-物体三元组的几何结构)，使得后向投影过程不可靠。提议了使用七个特性参数的集合的另一已知的校准模型，以提高模型精确性。这种已知的校准模型考虑与相机的孔径光阑(apertureirisdiaphragm)(一般也被称为孔径光圈)相关联的入瞳和出瞳的位置。通常情况下，孔径光阑限制通过光学系统的光束的大小。光瞳是光学系统的孔径光阑的共轭。其对应于由孔径光阑限制的表面，光束借助于该表面通过光学系统。光瞳是在物体空间中所谓的“入瞳”(entrancepupil)，并且对应于通过光学系统的上游部分的孔径光阑的图像。光瞳是在图像空间中所谓的“出瞳”(exitpupil)，并且对应于通过光学系统的下游部分的孔径光阑的图像。针对该已知模型所需的七个参数的集合是：光学系统的主要主平面和辅助主平面的位置、入瞳和出瞳的位置、入瞳和出瞳的大小、以及辅助主平面和像面之间的距离。该模型需要手动确定大量的参数，这些参数中的一些难以精确评估(例如，主要主平面和辅助主平面的位置)。无论光学系统的光学公式是什么，这种模型在实际中的实现都很复杂。因此，需要改善成像设备的建模过程。
技术实现思路
在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、以及“示例的实施例”指示所描述的实施例可以包括特定特点、结构、或特征，但不是每个实施例都必须包括该特定特点、结构、或特征。此外，这些短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特点、结构、或特征时，本领域技术人员可以结合被明确描述或未被明确描述的其他实施例来理解这些特点、结构、或特征。本原理的特定实施例提议了一种用于对包括图像传感器和光学系统的成像设备进行建模的方法，该图像传感器被布置在光学系统的像面中，该光学系统包括限定光学系统的入瞳的孔径光阑，针对所述成像设备的给定配置，该方法包括以下步骤：-估计所述成像设备的特征特性参数的集合，包括：*表示所述像面与相对于光学系统与图像传感器共轭的传感器共轭平面之间的距离的第一特性参数；*表示所述传感器共轭平面与入瞳之间的距离的第二特性参数；*表示所述光学系统的放大率的第三特性参数；-确定作为所述第一和第三特性参数的函数的第一建模数据；-确定作为所述第二和第三特性参数的函数的第二建模数据；-建立作为所述第二和第三建模数据的函数的成像设备的模型。因此，该特定实施例提供了用于对成像设备进行建模的简单且精确的方法。该方法依赖于考虑成像设备的有限数量的特征特性参数的精准方法，使得模型建立方法比现有方法更加简单。根据特定特点，第一建模数据包括被限定在所述像面与布置于所述成像设备的光轴上的第一不变投影点之间的第一不变距离，所述第一不变距离满足以下公式：其中，Z是所述像面与所述传感器共轭平面之间的距离；M是所述光学系统的放大率。根据特定特点，第二建模数据是限定在所述像面与位于所述成像设备的光轴上的第二不变投影点之间的第二不变距离，所述第二不变距离满足以下公式：其中，D是所述传感器共轭平面与入瞳之间的距离；M是光学系统的放大率。根据特定特点，所述第二特性参数通过校准被估计。根据特定特点，所述第二特性参数被作为所述特征特性参数的集合中的第四特性参数和第一特性参数的函数被估计得出，该第四特性参数表示所述像面与入瞳之间的距离。根据特定特点，所述特征特性参数的集合还包括表示光轴相对于像面的位置的第五特性参数。根据特定特点，所述特征特性参数的集合还包括表示入瞳的尺寸的第六参数。根据特定特点，所述成像设备的给定配置包括属于包括以下各项的群组的设置：焦点的设置、光学系统的主平面与所述像面之间的距离的设置。通过语言，光学系统的主平面与像面之间的距离通常被称为“焦距”。但是，仅当光学系统被聚焦到无限远时，该距离才对应于焦距。在另一实施例中，本原理涉及一种包括程序代码指令的计算机程序产品，用于当所述程序在计算机或处理器上被执行时，(在其不同实施例中的任意实施例中)实现上述方法。在另一实施例中，本原理涉及一种存储程序的非暂态计算机可读承载介质，当该程序被计算机或处理器执行时使得(在其不同实施例中的任意实施例中)计算机或处理器执行上述方法。在另一实施例中，本原理涉及一种用于对包括图像传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对成像设备进行建模的方法，该成像设备包括图像传感器(20)和光学系统

【技术特征摘要】
2016.11.28 EP 16306565.91.一种用于对成像设备进行建模的方法，该成像设备包括图像传感器(20)和光学系统(10)，所述图像传感器被布置在所述光学系统的像面(IP)中，所述光学系统包括限定所述光学系统的入瞳的孔径光阑，所述方法的特征在于，针对所述成像设备的给定配置，所述方法包括：-确定(21)所述成像设备的特征特性参数的集合，包括：*表示所述像面(IP)与相对于所述光学系统与所述图像传感器共轭的传感器共轭平面(CP)之间的距离的第一特性参数(Z)；*表示所述传感器共轭平面(CP)与所述入瞳(EP)之间的距离的第二特性参数(D)；*表示所述光学系统的放大率的第三特性参数(M)；-确定(22)作为所述第一和第三特性参数(Z,M)的函数的第一建模数据(Rx)；-确定(22)作为所述第二和第三特性参数(D,M)的函数的第二建模数据(Pα)；-基于作为所述第二和第三建模数据(Px,Pα)的函数获得的所述成像设备的模型，至少映射至少与所述图像传感器(20)上的像点相关联的3D点。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一建模数据包括被限定在所述像面(IP)与布置于所述成像设备的光轴(OA)上的第一不变投影点(px)之间的第一不变距离Px，所述第一不变距离Px满足以下公式：其中，Z是所述像面(IP)与所述传感器共轭平面(CP)之间的距离；M是所述光学系统的放大率。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二建模数据是被限定在所述像面(IP)与位于所述成像设备的光轴(OA)上的第二不变投影点(pα)之间的第二不变距离Pα，所述第二不变距离Pα满足以下公式：其中，D是所述传感器共轭平面(CP)与所述入瞳(EP)之间的距离；M是所述光学系统的放大率。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第二特性参数(D)通过校准被估计。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第二特性参数(D)被估计作为所述特征特性参数的集合中的第四特性参数(E)和所述第一特性参数(Z)的函数，所述第四特性参数表示所述像面(IP)与所述入瞳(EP)之间的距离。6.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，所述特征特性参数的集合还包括表示所述光轴(OA)相对于所述像面(IP)的位置的第五特性参数。7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述特征特性参数的集合还包括表示所述入瞳(EP)的尺寸的第六参数。8.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述成像设备的给定配置包括属于包括以下各项的群组的设置：焦点的设置、所述光学系统的主平面与所述像面(IP)之间的距离的设置。9.一种包括程序代码指令的计算机程序产品，当所述程序在计算机或处理器上被执行时，用于实现根据权利要求1至3中至少一项所述的方法。10.一种存储如权利要求9的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃特尔·德拉茨克，劳伦·布朗德，保罗·克尔比里欧，奥利维尔·布瑞勒尔，纪尧姆·波伊森，
申请(专利权)人：汤姆逊许可公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR