鱼眼镜头下的棋盘格角点自动检测方法技术

一种鱼眼镜头下的棋盘格角点自动检测方法，包括如下步骤：选择棋盘格中特定区域，屏蔽掉无用信息以减少角点检测时间提高检测精度；对特定区域进行Harris角点检测；算法中加入手动提取角点的步骤，将被隐藏的角点信息人工加入；根据棋盘格角点总数及角点分离情况加入合并角点的操作；针对棋盘格旋转角度较小、畸变较轻且角点不是很多的棋盘格，可以利用二项式拟合的方式对角点进行排序；针对大部分鱼眼镜头下畸变棋盘格，借助改进的凸包算法计算棋盘格角点顺序。本方法利用仿真软件自动检测棋盘格角点坐标，在保证角点检测可靠性的前提下，大大提到了角点检测的速度和精度，摆脱了手动提取棋盘格角点的繁琐性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器视觉领域，具体涉及一种鱼眼镜头下的棋盘格角点自动检测方 法。
技术介绍
摄像机标定作为视觉测量的首要条件，旨在建立图像坐标系与空间坐标系间的变 换关系。摄像机标定一般包括图像特征点的检测和摄像机参数求解2个步骤。棋盘格图像 作为典型的标定图像，在摄像机标定中得到了广泛的应用，其角点检测也成为计算机视觉 的热点问题之一。对于棋盘格图像来说，图像特征点检测的任务不仅要提取出棋盘格图像 中各角点的图像坐标，还要在各图像角点与空间角点之间建立一一对应的关系。目前，棋盘格角点检测研究主要集中在无畸变或畸变不大的棋盘格图片上，自动 角点检测方法可分为两类：直线检测法和角点检测算子法。直线检测法先进行边缘提取、 直线检测和拟合，再通过两条直线交点求角点的精确坐标。其特征点排序简单，但当镜头畸 变时，检测结果会产生较大误差。角点检测算子法利用角点附近区域灰度变换的特点设计 不同的角点检测算子，如SUSAN算子和Harris算子等，根据角点检测算子的响应值大小来 确定角点，但由于各种角点检测算子只能检测到像素级，需要进一步进行亚像素级角点提 取。因此，角点检测算子法需同时解决角点检测算子、响应值得阈值、亚像素角点提取3个 问题。 针对广角镜头下畸变较为严重的棋盘格图像的角点检测问题，现在大多采取手动 提取角点的方法，即人工标出棋盘格图像上的角点。少有的自动角点检测的论文利用的方 法都比较复杂且准确率不高，如有利用启发式搜索检测棋盘格变形矩形进而确定角点的方 法。另外一些标定工具箱(如张正友标定工具箱）可以进行广角、鱼眼或全景摄像机标定。 使用者首先需要拍摄几张不同视角的棋盘格图片，然后将棋盘格图像的四个角点人工提取 出来和曲线弯曲参数一起作为摄像机标定的输入。这样工具箱就可以自动将其它角点检测 出来，并利用角点检测算子进行位置优化。但是这些工具箱没有对镜头的形状做出假定，而 且对于畸变严重的鱼眼镜头图片检测效果很不理想。 综上所述，传统的棋盘格角点检测方法无法直接进行鱼眼镜头下严重畸变棋盘格 图像的自动角点检测。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种利用改进的角点检测算子及凸包算法 进行，该方法简单且准确率高，基于该方法的自动 角点检测可适用于不同畸变程度和不同角点数量的棋盘格图像。 本专利技术的鱼眼镜头下的棋盘格角点自动方法，包括改进Harris角点检测方法进 行像素级棋盘格角点提取，引入凸包算法并对其进行改进来对无序角点排序。具体地：对鱼 眼镜头下畸变棋盘格角点进行Harris角点检测。此处利用已知的棋盘格角点数目，计算应 合并的角点并直接将相邻角点合并。针对图片可能存在反光或遮挡等外界因素影响导致个 别角点检测不出来的现象，此方法加入掩膜操作去除无关点影响并采用自动与手动角点提 取相结合，可靠解决了畸变棋盘角点检测问题。利用上述改进Harris角点检测出的角点是 无序的，此处引入凸包算法对棋盘格角点进行排序。本专利技术利用鱼眼镜头下图片出现向外 凸的现象，通过凸包算法检测棋盘格角点中最外围的角点，再利用几何关系确定凸包中角 点顺序。针对旋转角度和畸变较小的棋盘角点图像，本专利技术提出对部分角点采用曲线二次 拟合的方式，先按纵坐标大小可将角点分组，再利用横坐标大小实现对整体角点的排序。 ，包括如下步骤： 步骤一：由于棋盘格图片四周会出现外界环境，影响棋盘格的检测，因此在做Harris角点检测之前需要加入"掩膜处理"，屏蔽掉无用信息以减少角点检测时间并提高检测精 度。 步骤二：对特定区域进行Harris角点检测。（1)对每一像素点计算相关矩阵M; (2)计算每像素点的Harris角点响应；（3)在wXw范围内寻找极大值点，若Harris角点 响应大于阀值，则视为角点。 步骤三：由于光照不均或反光严重，有时图片中角点信息会被隐藏，为增加可靠 性，需加入手动提取角点的步骤，将被隐藏的角点信息人工加入。 步骤四：由于广角镜头分辨率有限，将棋盘格图像放大至像素级会发现"像素分 离"现象。Harris角点检测算法是求取图像中每个像素点横纵坐标差分，利用CRF准则函 数来区分是否为角点。此处直接使用Harris检测棋盘格角点会将一个角点视为两个对待， 需要根据棋盘格角点总数及角点分离情况加入合并角点的操作。 步骤五：用改进的Harris算法得出的畸变棋盘格角点是无序的，这样无法对应 世界坐标以进行标定。只有将角点进行排序，才能称为自动检测角点算法。针对棋盘格旋 转角度较小，畸变不是很严重，角点不是很多的情况，可以简单的采取以下方法进行棋盘格 角点自动排序：利用几何坐标位置关系并根据畸变程度，取纵坐标最小的n个角点（令棋盘 格单排角点数为d，则n应介于d和2d之间），对其进行二项式曲线拟合，会得到两排角点 中间的曲线。令曲线之上的点为组1，用横坐标大小即可区分组内角点顺序，去掉已排好序 的组1的角点，对剩下的角点进行循环操作，即可得到棋盘格角点的排序。 步骤六：借鉴计算几何中凸包算法理论，在理想情况下(每一层角点都呈现凸包形 状)，可以依次求出最边缘呈凸形的角点，此处为4个凸包，再找出凸包中的起始点即可得到 排序的角点。本专利技术中将利用Graham扫描算法来解决凸包问题简称为凸包算法。 针对凸包算法中第一个角点确定问题的解决方法(只有知道凸包中第一个点，才 能知道外围每个点的顺序）：连接相邻角点，会得到每个角点对应的边的斜率及边边夹角， 取边边夹角最大的四个夹角对应的四个点，即凸包的四个角点，取离原点最近的角点作为 第一个点。计算出棋盘格角点中最外围不严格凸包的角点后，将这些点从棋盘格角点集中 去除，继续进行改进的凸包排序步骤。由此便可得到自动检测的棋盘格角点。 有益效果： 本专利技术利用仿真软件自动检测棋盘格角点坐标，在保证角点检测可靠性的前提下，大 大提到了角点检测的速度和精度，摆脱了手动提取棋盘格角点的繁琐性。【附图说明】： 图1本专利技术【具体实施方式】的方法流程图； 图2本专利技术【具体实施方式】的鱼眼镜头下棋盘格示意图； 图3本专利技术【具体实施方式】Harris角点检测效果图； 图4本专利技术【具体实施方式】改进的Harris角点检测效果图； 图5本专利技术【具体实施方式】基于二项式拟合的角点排序示意图； 图6本专利技术【具体实施方式】凸包算法检测外围角点示意图； 图7本专利技术【具体实施方式】改进凸包检测外围角点示意图； 图8本专利技术【具体实施方式】基于改进凸包算法的角点排序示意图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的具体实施做详细说明，方法流程图见图1。 本专利技术以鱼眼镜头下8X10棋盘格畸变图像为例来说明，见图当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
鱼眼镜头下的棋盘格角点自动检测方法，采用改进Harris算法进行像素级棋盘格角点提取，引入凸包算法并对其进行改进来对无序角点排序；具体步骤包括：（1）选择棋盘格中特定区域，屏蔽掉无用信息以减少角点检测时间提高检测精度；（2）对特定区域进行Harris角点检测；（3）算法中加入手动提取角点的步骤，将被隐藏的角点信息人工加入；（4）根据棋盘格角点总数及角点分离情况加入合并角点的操作；（5）针对棋盘格旋转角度较小、畸变较轻且角点不是很多的棋盘格，可利用二项式拟合的方式对角点进行排序；（6）针对大部分鱼眼镜头下畸变棋盘格，借助改进的凸包算法计算棋盘格角点顺序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张云洲，王少楠，杨文纶，张益凯，张翰铎，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21